JP2009242797A - Norbornene polymer, its composition, and lithography method using the composition - Google Patents
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Abstract
Description
(優先権)
この出願は、それぞれ2005年2月23日及び2005年10月21日に出願した「ノルボルネン系ポリマーとノルボルネン系ポリマーを使用するリソグラフィ法」と題した米国仮出願第60/655351号及び同第60/729091号、並びにそれぞれ2005年2月25日、2005年7月7日及び2005年10月21日に出願した「保護フィルム形成物質とそれを使用するフォトレジストパターン形成方法」と題した米国仮出願第60/655901号、同第60/687871号及び同第60/728756号に基づく優先権を主張するもので、上に特定した仮特許出願の全てについて、その全体を出典明示によりここに援用する。
(priority)
This application is filed on US Provisional Application Nos. 60/655351 and 60 entitled “Norbornene-Based Polymers and Lithographic Methods Using Norbornene-Based Polymers” filed on February 23, 2005 and October 21, 2005, respectively. No. 729091 and US provisional entitled “Protective Film Forming Material and Photoresist Pattern Forming Method Using It” filed on February 25, 2005, July 7, 2005 and October 21, 2005, respectively. Claims priority based on application Nos. 60/65501, 60/687871 and 60/728756, the entire provisional patent application identified above is hereby incorporated by reference in its entirety. To do.
(技術分野)
本発明に係る実施態様は、一般に、ノルボルネン系ポリマー、該ポリマーの製造方法、該ポリマーを使用する組成物、及び該組成物を使用するリソグラフィ法に関し;より詳細には、このような実施態様は、該ポリマーを含有する組成物の形成に有用なノルボルネン系ポリマーと、そのようにして形成された組成物に関し、そのような組成物は非現像型保護層、現像型層及びそれらの組み合わせのような液浸リソグラフィ法並びにそのような組成物を使用する液浸リソグラフィ法に有用な層を形成するためのものである。
(Technical field)
Embodiments according to the present invention generally relate to norbornene-based polymers, methods of making the polymers, compositions using the polymers, and lithographic methods using the compositions; more particularly, such embodiments include , Norbornene-based polymers useful for the formation of compositions containing said polymers and compositions so formed, such compositions being non-developable protective layers, developable layers and combinations thereof For forming a layer useful in an immersion lithography method as well as in an immersion lithography method using such a composition.
(背景)
従来、より小さな形状を達成するための方法は、より短い波長を有するリソグラフィ線源を選択し、リソグラフィシステムのレンズの開口数(NA)を増加させ、又はこれらを組み合わせることであった。これらの方法は成功はしているが、波長の低減及び/又はNAの増加の各々について、そのような変化の利用に伴う問題を克服することが益々困難になっている。
(background)
Traditionally, methods for achieving smaller shapes have been to select a lithographic source having a shorter wavelength, increase the numerical aperture (NA) of the lens of the lithography system, or a combination thereof. While these methods have been successful, it has become increasingly difficult to overcome the problems associated with utilizing such changes for each wavelength reduction and / or NA increase.
近年、より短い波長、例えば157nmの新しいリソグラフィ線源を選択するよりも、むしろ、現在の193nmの標準的な線源の解像度を液浸リソグラフィ法の使用によって広げることができることが示唆されている。このような液浸リソグラフィプロセスは、リソグラフィツールの最終レンズと露光される基板との間の通常の「エアギャップ」を、例えば水のような流体で置き換えたものである。水は、空気よりもかなり大きい屈折率を有しているので、そうしないと生じうる焦点深度(DOF)の低下を生じさせないで、1を超えるNAを持つレンズを使用することを可能にする。よって、そのようなアプローチ法で45nm以下の最小形状を達成することができると考えられる。 In recent years, it has been suggested that rather than selecting a new lithography source with a shorter wavelength, eg, 157 nm, the resolution of the current standard source of 193 nm can be extended by the use of immersion lithography. Such an immersion lithography process replaces the usual “air gap” between the final lens of the lithography tool and the exposed substrate with a fluid such as water. Water has a much higher index of refraction than air, allowing lenses with NAs greater than 1 to be used without causing the depth of focus (DOF) reduction that would otherwise occur. Therefore, it is considered that a minimum shape of 45 nm or less can be achieved by such an approach.
しかしながら、マイクロ電子デバイス製造のための液浸リソグラフィを成功裏に実施するには、解決する必要がある新たな問題がある。例えば、典型的には、マイクロリソグラフィプロセス中に露光される基板は、基板の全ての位置を完全に露光させるためにリソグラフィツールレンズに対して繰り返して再配置される。浸漬流体(ここでは「浸漬媒体」又は「IM」とも呼ぶ)が存在すると、この移動に起因して流体残留物が生じ、このような残留物により、かかるプロセスを許容できないものにしうる不具合が増加する結果となるという懸案が生じる。また、流体残留物又は残余物に関し、この問題に対して提案されるあらゆる解決法では、移動速度(スキャン能力)が低下すると、リソグラフィツールが十分に露光させることができる時間当りの基板の数が許容できない程に低減することとなるおそれがあるので、このような移動が現在達成されている速度を有意に低下させてはならないことが考慮されなければならない。 However, there are new problems that need to be solved to successfully perform immersion lithography for microelectronic device manufacturing. For example, typically, a substrate that is exposed during a microlithography process is repeatedly repositioned relative to the lithography tool lens to fully expose all positions on the substrate. The presence of immersion fluid (also referred to herein as “immersion medium” or “IM”) results in fluid residue due to this movement, and such residue increases the potential for such processes to be unacceptable. There is a concern that this will result. Also, with respect to fluid residues or residues, any proposed solution to this problem will reduce the number of substrates per hour that the lithography tool can sufficiently expose if the moving speed (scanning capability) decreases. It must be taken into account that such movement must not significantly reduce the speed currently achieved, as it may result in an unacceptable reduction.
IM残余物及びスキャン能力に関する問題に加えて、IMの使用により、層の分解能を低下させるおそれがあるフォトレジスト層に直接接触している流体から生じうる問題に関する懸念が生じる。例えば、このような問題には、特に:1)光酸発生剤(PAGs)及びPAG光分解生成物のような小分子のフォトレジストフィルムからIM中への滲出、及び2)浸漬媒体又はその成分のフォトレジストフィルム中への吸収が含まれうる。 In addition to problems with IM residue and scan capability, the use of IM raises concerns about problems that can arise from fluids in direct contact with the photoresist layer that can reduce the resolution of the layer. For example, such problems include, in particular: 1) leaching of small molecules such as photoacid generators (PAGs) and PAG photolysis products from photoresist films into IM, and 2) immersion media or components thereof. Absorption into the photoresist film.
液浸リソグラフィに関するこれらの問題また他の問題を解消し又は低減するために研究されている一方法は、フォトレジストフィルムを被覆して配された介在層の使用である。「トップコート」又は「保護層」とも称されるこのような介在層は、よって浸漬物質を受け入れ、上述した技術的問題1及び2に関する何らかの影響を防止し又は大きく低減するように配される。スキャン能力に関して、トップコートの使用により、ツールの移動速度を殆ど又は全く低減させないでIM残余物の可能性を排除するか又は大きく低減させる特定の性質を持つ物質の設計が可能になる。 One method that has been investigated to eliminate or reduce these and other problems associated with immersion lithography is the use of an intervening layer disposed overlying a photoresist film. Such an intervening layer, also referred to as a “topcoat” or “protective layer”, is therefore arranged to accept the immersion material and prevent or greatly reduce any effects relating to the technical problems 1 and 2 described above. With respect to scanning capability, the use of a topcoat allows the design of materials with specific properties that eliminate or greatly reduce the possibility of IM residue with little or no reduction in tool movement speed.
近年、含フッ素ポリマーを包含する幾つかの物質がトップコート層としての使用に対して提案されている。このような物質は、上で検討された問題に関し、ポジティブな効果を奏することが示されているが、その除去のために溶媒を使用することが必要である。下層のフォトレジスト層に現像できるように、あらゆるトップコート層を除去しなければならないため、その除去に特別な溶媒を使用することが必要とされる物質では、このような除去は余分な工程であり、所望されない装置と材料コスト並びに余分の工程が必然的に引き起こす生産性の低下に伴うコストが付加される点で問題がある。 In recent years, several materials have been proposed for use as topcoat layers, including fluoropolymers. Such materials have been shown to have a positive effect on the problems discussed above, but it is necessary to use a solvent for their removal. Any topcoat layer must be removed so that it can be developed into an underlying photoresist layer, so for materials that require the use of a special solvent to remove it, such removal is an extra step. There is a problem in that it adds undesired equipment and material costs, as well as costs associated with the reduced productivity caused by the extra steps.
よって、直ぐに実施することができる解決法、例えば液浸リソグラフィの場合に生じうる上述した技術的課題に対する解決法を提供することが望ましい。このような解決法は、小分子のフォトレジスト層から浸漬媒体中への滲出の低減又は防止をもたらし、またこのような浸漬媒体のこのような層中への吸収を低減し又は防止するものでなければならない。またこのような解決法は、液浸リソグラフィを、そのような解決法を使用することなく実施した場合に知見されるレベルから不具合を低減することに役立つものでなければならない。更に、このような解決法は、費用効率が高く、使用時におけるスキャン能力を大幅に低減することなく、上述の溶媒除去可能なトップコート物質の場合に観察されるような大幅な代替プロセスを必要とせず、あるいは用いた場合にスキャン能力を大幅に低下させることがないことが望まれる。 It is therefore desirable to provide a solution that can be implemented immediately, for example a solution to the above mentioned technical problems that may arise in the case of immersion lithography. Such a solution provides for the reduction or prevention of leaching of small molecule photoresist layers into the immersion medium and also reduces or prevents the absorption of such immersion medium into such layers. There must be. Such a solution should also help reduce deficiencies from the level found when immersion lithography is performed without the use of such a solution. Furthermore, such a solution is cost effective and requires a significant alternative process as observed in the case of the solvent-removable topcoat materials described above without significantly reducing the scanning capability in use. It is desirable that the scanning capability is not significantly reduced when used.
(詳細な記述)
本発明に係る実施態様は、液浸リソグラフィの上述した技術的課題を解決することを目的とする。このような実施態様は、ポリマー物質、このような物質の製造方法、現像型及び非現像型双方のフィルムの形成に有用なこのような物質の組成物、及びこのようなフィルムを使用する液浸リソグラフィ法を包含する。このような実施態様は、現像層又はフィルムからの浸漬媒体中への小分子の滲出、そのような媒体又はそのような媒体の成分の現像層中への吸収を低減し又は除去し、スキャン能力に重大な影響を及ぼすことなく、基板の全体にわたってそのような現像層の露光中に形成されるあらゆる非保持浸漬流体に起因する不具合を低減し又は除去するものである。このような実施態様がトップコート又は非現像型層を包含する場合、塩基水溶液に可溶性である層を提供し、よって溶媒を使用する別のトップコート除去工程の必要性を排除する。
(Detailed description)
The embodiment according to the present invention aims to solve the above-mentioned technical problems of immersion lithography. Such embodiments include polymeric materials, methods for making such materials, compositions of such materials useful for the formation of both developable and non-developable films, and immersion using such films. Includes lithography methods. Such embodiments reduce or eliminate leaching of small molecules from the development layer or film into the immersion medium, absorption of such media or components of such media into the development layer, and scanning capabilities. This reduces or eliminates the deficiencies due to any non-retaining immersion fluid formed during exposure of such a developer layer throughout the substrate without significant impact on the substrate. Where such an embodiment includes a topcoat or non-developable layer, it provides a layer that is soluble in an aqueous base, thus eliminating the need for a separate topcoat removal step using a solvent.
本発明の実施態様のポリマー物質は多環式の反復単位を含む。このような多環式の反復単位は、「ノルボルネン型」と称される場合、以下に示すように、Xが-CH2-、-CH2CH2-、O又はSであり、nが0〜5の整数である置換又は未置換のノルボルネン型モノマーから誘導される単位である:
「非自己現像型ポリマー(non-self imageable polymer)」なる用語は、基板上で本質的に均一な厚みを有するフィルム又は層に形成した場合、直接照射、例えば193ナノメートル(nm)又は157nmの線源による照射で現像可能ではないポリマー(又は樹脂とも称される)を意味する。 The term “non-self imageable polymer” refers to direct irradiation, such as 193 nanometers (nm) or 157 nm when formed into a film or layer having an essentially uniform thickness on a substrate. It means a polymer (or resin) that is not developable upon irradiation with a radiation source.
「トップコート物質」又は「トップコート組成物」なる用語は、ここでは同義的に使用され、非自己現像型ポリマーを包含する物質又は組成物を意味する。このような組成物は、液浸リソグラフィプロセス中、フォトレジスト層を保護するために、フォトレジスト層上にわたって保護フィルムを形成するのに有用である。保護フィルム(又はトップコート層)は、非自己現像型フィルムである。 The terms “topcoat material” or “topcoat composition” are used interchangeably herein and refer to a material or composition that includes a non-self-developing polymer. Such a composition is useful for forming a protective film over the photoresist layer to protect the photoresist layer during an immersion lithography process. The protective film (or topcoat layer) is a non-self-developing film.
「現像型ポリマー(imageable polymer)」なる用語は、基板上で本質的に均一な厚みを有するフィルム又は層に形成した場合、直接照射、例えば193nm又は157nmの線源からの照射により、またこれを介して現像され得るポリマー(又は樹脂とも称される)を意味する。 The term “imageable polymer” means that when formed into a film or layer having an essentially uniform thickness on a substrate, it can also be directly irradiated, for example by irradiation from a 193 nm or 157 nm source. Means a polymer (also referred to as a resin) that can be developed via
「現像型物質」、「現像型組成物」又は「フォトレジスト物質」なる用語はここでは同義的に使用され、現像型ポリマーを含む物質又は組成物を意味する。このような組成物は、パターン形成可能な現像層(又はフォトレジスト層)の形成に有用である。本発明のフォトレジスト物質は、液浸及び非液浸リソグラフィプロセスに有用である。 The terms “developable material”, “developing composition” or “photoresist material” are used interchangeably herein and refer to a substance or composition comprising a developable polymer. Such a composition is useful for forming a patternable development layer (or photoresist layer). The photoresist materials of the present invention are useful in immersion and non-immersion lithography processes.
「浸漬物質」、「浸漬媒体」及び「浸漬流体」なる用語は、ここでは同義的に使用され、照射線の集束及び配向に使用されるレンズと基板との間の露光照射線経路の空気を置換するために使用される流体を意味する。図1に示すように、該流体は、空気より大きく、リソグラフィツールレンズと基板上面との間に配された任意の層より低い屈折率を有している。 The terms “immersion material”, “immersion medium” and “immersion fluid” are used interchangeably herein to refer to the air in the exposure radiation path between the lens and substrate used for focusing and orientation of the radiation. Means the fluid used to replace. As shown in FIG. 1, the fluid has a refractive index that is greater than air and lower than any layer disposed between the lithography tool lens and the substrate top surface.
「非保持浸漬物質」、「非保持浸漬媒体」及び「非保持浸漬流体」なる用語は、ここでは同義的に使用され、図1に示すように、リソグラフィツールレンズと基板上面との間に配された浸漬媒体から離間した浸漬物質の部分を意味する。この定義に加えて、「スキャン能力」及び「スキャン速度耐久能」なる用語は、ここでは同義的に使用され、レンズに対して基板が移動する際の相対速度を意味する。浸漬媒体が存在する場合、スキャン能力の測定には、任意の非保持浸漬物質が形成されたかどうかが含まれる。例を挙げると、液浸リソグラフィプロセスにおいて、スキャン能力が高いとは、リソグラフィツールの許容可能な速度の動きで、非保持浸漬物質が殆ど又は全く観察されないことを意味する。 The terms “non-retained immersion material”, “non-retained immersion medium” and “non-retained immersion medium” are used interchangeably herein and are located between the lithography tool lens and the top surface of the substrate as shown in FIG. Means the part of the immersion material spaced from the immersed medium. In addition to this definition, the terms “scan ability” and “scan speed endurance” are used interchangeably herein and refer to the relative speed at which the substrate moves relative to the lens. In the presence of immersion media, scanning capability measurements include whether any non-retained immersion material has been formed. By way of example, in an immersion lithography process, high scanning capability means that little or no unretained immersion material is observed at an acceptable speed movement of the lithography tool.
「接触角」、「転落角」及び「後退角」は、図2において特定されたような角度を意味する。更に、「転がり角」なる用語は、ここでは「転落角」と同義的に使用される。 “Contact angle”, “sliding angle” and “backward angle” mean angles as specified in FIG. Furthermore, the term “rolling angle” is used herein synonymously with “falling angle”.
(ポリマー)
本発明に係る幾つかの実施態様は、以下に示す式I、II、III及びIVの幾つか又は全てで表される反復単位を有する、非自己現像型ノルボルネン系ポリマーを包含する。幾つかの実施態様は、事前に形成されたフォトレジスト層上に、トップコート又は保護層を形成するために、このようなポリマーを使用する組成物を包含する。ポリマーは非現像型であり、それから形成されるトップコート層もまた非自己現像型である。
(polymer)
Some embodiments according to the present invention include non-self-developed norbornene-based polymers having recurring units of some or all of formulas I, II, III and IV shown below. Some embodiments include compositions that use such polymers to form a topcoat or protective layer on a pre-formed photoresist layer. The polymer is non-developing and the topcoat layer formed therefrom is also non-self-developing.
トップコート層は浸漬流体(又は媒体)を受け入れるためのものであり、浸漬流体からフォトレジスト又は現像層を保護又は分離することで、浸漬フォトリソグラフィプロセスを可能とする。すなわち、フォトレジスト層は、それらの間にトップコート層が存在することにより、浸漬流体との直接接触から物理的に除去(分離)されることとなる。このようにして、上述した技術的課題の幾つか又は全てが解消又は回避可能であり、あるいは有利には少なくともその影響を低減することができる。このような問題に加えて、本発明のトップコート層の実施態様は、有利には水性流体と高い接触角を示すことを特徴とし、よって疎水性であることを特徴とする。このような疎水性は、物質と、それに接触する水性浸漬流体との間のあらゆる化学的又は他の相互作用を最小にするために望ましい性質であると考えられる。また更に、このようなトップコートの実施態様は、高い後退角と低い転落角(図2参照)を示し、これはまたそのような物質が高い疎水性を有することの指標となり、よって液浸リソグラフィプロセスに対してトップコート又は保護層としてその使用中に該実施態様が如何に動的に機能するかの指標となると考えられる。よって、他の物質と比較すると、高い接触角及び後退角並びに低い転落角を示すトップコート層を、液浸リソグラフィプロセス中に使用すると、非保持浸漬流体による不具合は、広い範囲のスキャン速度にわたって殆ど又は全く観察されないことが知見された。すなわち、このような実施態様は優れたスキャン能力を有する。 The topcoat layer is for receiving an immersion fluid (or medium) and protects or separates the photoresist or developer layer from the immersion fluid, allowing an immersion photolithography process. That is, the photoresist layer is physically removed (separated) from direct contact with the immersion fluid due to the presence of the topcoat layer therebetween. In this way, some or all of the technical problems described above can be eliminated or avoided, or advantageously at least their effects can be reduced. In addition to these problems, embodiments of the topcoat layer of the present invention are advantageously characterized by exhibiting a high contact angle with aqueous fluids and thus are hydrophobic. Such hydrophobicity is believed to be a desirable property to minimize any chemical or other interaction between the material and the aqueous immersion fluid that contacts it. Still further, such topcoat embodiments exhibit high receding angles and low tumbling angles (see FIG. 2), which is also indicative of the high hydrophobicity of such materials, and thus immersion lithography. It is believed that this is an indicator of how the embodiment functions dynamically during its use as a topcoat or protective layer for the process. Thus, when topcoat layers that exhibit high contact and receding angles and low tumbling angles are used during the immersion lithography process compared to other materials, failures due to non-retentive immersion fluids are rare over a wide range of scan speeds. Or it was found that it was not observed at all. That is, such an embodiment has excellent scanning capabilities.
本発明に係る幾つかの他の実施態様は、以下に示す式I、II、III、IV、V及びVIの幾つか又は全てによって表される反復単位を有する、現像型ノルボルネン系ポリマーを包含する。幾つかの実施態様は、このようなポリマーを使用する組成物を包含し、該組成物は基板上に配されて、そこに現像層又はフィルムを形成する。現像層を形成するためのこのような組成物は、フォトレジスト組成物又は物質及びフォトレジスト層又はフィルムを形成する層とも称される。 Some other embodiments according to the invention include developable norbornene-based polymers having recurring units represented by some or all of formulas I, II, III, IV, V and VI shown below. . Some embodiments include compositions that use such polymers, which are disposed on a substrate to form a development layer or film thereon. Such compositions for forming a development layer are also referred to as photoresist compositions or materials and layers forming a photoresist layer or film.
本発明に係る幾つかの現像層の実施態様では、このような層は、浸漬フォトリソグラフィプロセスを可能とするように浸漬流体(又は媒体)を直接受け入れることが可能である。他の実施態様では、このようなフォトレジスト組成物が、その上にトップコート層を形成するためのトップコート組成物を受け入れる現像層を形成するために使用される。 In some development layer embodiments according to the present invention, such a layer can directly receive an immersion fluid (or medium) to enable an immersion photolithography process. In other embodiments, such a photoresist composition is used to form a developer layer that receives a topcoat composition for forming a topcoat layer thereon.
好適には、本発明に係る幾つかのフォトレジスト組成物の実施態様は、有利には水性流体との高い接触角を示し、よって疎水性であることを特徴とする現像層を提供する。このような疎水性は、物質と、それに接触する水性浸漬流体との間のあらゆる化学的又は他の相互作用を最小にするための望ましい性質であると考えられる。また更に、このような現像層の実施態様はまた高い後退角と低い転落角(図2参照)を示し、これは、そのような物質が高い疎水性を有していることの指標となり、よって液浸リソグラフィプロセスに使用される間、該実施態様が如何に動的に機能するかの指標となると考えられる。従って、他の物質と比較して、高い接触角及び後退角、並びに低い転落角を示す現像層が、液浸リソグラフィプロセス中に使用される場合、その上にトップコート層が形成されていてもいなくとも、非保持浸漬流体による不具合は、広い範囲のスキャン速度にわたって殆ど又は全く生じない。すなわち、そのような実施態様は優れた又は高いスキャン能力を有する。 Preferably, some embodiments of the photoresist composition according to the invention advantageously provide a developing layer characterized by exhibiting a high contact angle with an aqueous fluid and thus being hydrophobic. Such hydrophobicity is believed to be a desirable property to minimize any chemical or other interaction between the material and the aqueous immersion fluid that contacts it. Still further, such development layer embodiments also exhibit high receding angles and low tumbling angles (see FIG. 2), which are indicative of the high hydrophobicity of such materials, and thus It is believed that it is an indication of how the embodiment will function dynamically during use in an immersion lithography process. Thus, when a developer layer that exhibits high contact and receding angles and low tumbling angles compared to other materials is used during the immersion lithography process, a topcoat layer may be formed thereon. If not, the failure due to the non-retaining immersion fluid occurs little or no over a wide range of scanning speeds. That is, such an embodiment has excellent or high scanning capability.
本発明に係る幾つかの実施態様では、式I:
で表される少なくとも一の反復単位を含む非自己現像型ポリマーが提供される。
In some embodiments according to the present invention, Formula I:
A non-self-developing polymer comprising at least one repeating unit represented by is provided.
本発明に係る幾つかの実施態様は、QNHSO2R5基ではない他のR1からR4がそれぞれ独立して、水素;直鎖状又は分枝状アルキル又はハロアルキル基、例えば1〜約20の炭素原子のもの、ある実施態様では1〜約12の炭素原子、また他の実施態様では1〜約4の炭素原子のものである式Iで表されるポリマーを含む。 In some embodiments according to the invention, the other R 1 to R 4 that are not QNHSO 2 R 5 groups are each independently hydrogen; a linear or branched alkyl or haloalkyl group, such as 1 to about 20 Of polymers of formula I, in one embodiment from 1 to about 12 carbon atoms, and in other embodiments from 1 to about 4 carbon atoms.
幾つかの実施態様では、Qは1〜3の炭素の直鎖状アルキルスペーサーであり、R5は1〜4の炭素原子を含む。他の実施態様では、Q及びR5はそれぞれ独立して、1又は2の炭素原子、また更なる他の実施態様では、それぞれ1の炭素原子のものである。典型的には、R5のハロゲンは、F、Br又はIから選択される。本発明の例示的な一実施態様では、Xは-CH2-、R1からR4の一つはQNHSO2R5基であり、他はそれぞれ水素、nは0、Qは-CH2-、R5は-CF3-である。式Iの反復単位は、一般にポリマーに水性アルカリ溶解性を付与する。 In some embodiments, Q is a 1 to 3 carbon linear alkyl spacer and R 5 contains 1 to 4 carbon atoms. In other embodiments, Q and R 5 are each independently 1 or 2 carbon atoms, and in yet other embodiments, each is 1 carbon atom. Typically, the halogen of R 5 is selected from F, Br or I. In an exemplary embodiment of the invention, X is —CH 2 —, one of R 1 to R 4 is a QNHSO 2 R 5 group, the other is hydrogen, n is 0, and Q is —CH 2 —. , R 5 is —CF 3 —. The repeating unit of formula I generally imparts aqueous alkaline solubility to the polymer.
本発明に係る幾つかの実施態様では、非自己現像型ポリマーは、式II:
で表される第二のタイプの反復単位を含む。
In some embodiments according to the present invention, the non-self-developed polymer has the formula II:
A second type of repeating unit represented by
幾つかの実施態様では、Q‡は存在しないか、又は1〜3の炭素の直鎖状アルキルスペーサーであり、R10は1〜4の炭素原子を有する。他の実施態様では、Q‡は存在しないか、又は1の炭素原子であり、R10は1又は2の炭素原子を有し、更なる実施態様では、R10は1の炭素原子を有する。典型的には、R10のハロゲンは、F、Br又はIから選択される。式IIで表される反復単位を含む本発明の例示的な実施態様では、Xは-CH2-であり、R6からR9の一つは、-Q‡(CO)O-(CH2)m-R10基であり、他はそれぞれ水素で、nは0、mは1であり、Q‡は存在せず、R10は-C2F5である。式IIに係る反復単位は、一般にポリマーに疎水性制御を提供するためのものであり、一般にここで定義された他の反復単位と共に使用されて、そのような疎水性制御をもたらす。すなわち、このような反復単位をポリマーに多く取り込む程、ポリマーの疎水性が一般に増加する。 In some embodiments, Q ‡ is absent or is a linear alkyl spacer of 1 to 3 carbons and R 10 has 1 to 4 carbon atoms. In other embodiments, Q ‡ is absent or is 1 carbon atom, R 10 has 1 or 2 carbon atoms, and in a further embodiment R 10 has 1 carbon atom. Typically, the halogen of R 10 is selected from F, Br or I. In an exemplary embodiment of the invention comprising recurring units of the formula II, X is —CH 2 — and one of R 6 to R 9 is —Q ‡ (CO) O— (CH 2 ) m -R 10 groups, the others are each hydrogen, n is 0, m is 1, Q ‡ is absent, and R 10 is -C 2 F 5 . The repeat unit according to Formula II is generally for providing hydrophobic control to the polymer and is generally used with other repeat units as defined herein to provide such hydrophobic control. That is, the more such repeating units are incorporated into the polymer, the more generally the hydrophobicity of the polymer increases.
本発明に係る幾つかの実施態様では、非自己現像型ポリマーは、次の式III:
のA、B又はC基の一つである]
で表されるタイプの反復単位を含む。
In some embodiments according to the present invention, the non-self-developing polymer has the following formula III:
Is one of the A, B or C groups of
It contains a repeating unit of the type represented by
A又はC基を含む幾つかの実施態様では、Q‡は存在しないか、又は1〜3の炭素の直鎖状アルキルスペーサーであり、更にC基においては、Q*は3又は4の直鎖状又は分枝状スペーサーである。他のこのような実施態様では、Q‡は存在しないか、又は1の炭素原子である。B基を含む他の実施態様では、mは1又は2である。式IIIで表される反復単位を含む本発明の例示的な実施態様では、Xは-CH2-であり、R11からR14の一つはB基であり、他はそれぞれ水素であり、nは0、mは1である。式IIIの反復単位は、一般にポリマーに水性アルカリ溶解性を付与するためのものであり、一般にここで定義された他の反復単位と共に使用されて、そのような水性アルカリ溶解性をもたらす。 In some embodiments comprising an A or C group, Q ‡ is absent or is a 1 to 3 carbon linear alkyl spacer, and in the C group, Q * is a 3 or 4 linear chain. Or branched spacers. In other such embodiments, Q ‡ is absent or is one carbon atom. In other embodiments comprising a B group, m is 1 or 2. In an exemplary embodiment of the invention comprising recurring units of the formula III, X is —CH 2 —, one of R 11 to R 14 is a B group and the others are each hydrogen, n is 0 and m is 1. The repeat unit of formula III is generally for imparting aqueous alkali solubility to the polymer and is generally used with other repeat units as defined herein to provide such aqueous alkali solubility.
本発明の更なる他の実施態様では、非自己現像型ポリマーは、式IV:
のD、E又はF基の一つである]
で表される更に他のタイプの反復単位を含む。
In yet another embodiment of the invention, the non-self-developed polymer is of formula IV:
One of the D, E or F groups of
Still other types of repeating units represented by
D基を含む幾つかの実施態様では、Q*は一つの炭素であり、XはFであり、qは2又は3であり、pは2である。E基を含む幾つかの実施態様では、Q*は一つの炭素であり、Zは9までの炭素単位の分枝状のフッ化アルキル鎖である。F基を含む幾つかの実施態様では、Q*は一つの炭素であり、qは1又は2である。式IVの反復単位は、一般に、式IIのタイプの反復単位に対して記載されたものと同じようにして、ポリマーに疎水性制御をもたらすためのものである。 In some embodiments comprising a D group, Q * is one carbon, X is F, q is 2 or 3, and p is 2. In some embodiments comprising an E group, Q * is one carbon and Z is a branched fluorinated alkyl chain of up to 9 carbon units. In some embodiments involving F groups, Q * is one carbon and q is 1 or 2. The repeat unit of formula IV is generally for providing hydrophobic control to the polymer in the same manner as described for the repeat unit of type II.
本発明のトップコートポリマーの実施態様は、式Iによって表される反復単位と、限定するものではないが、例えば式II、III及び/又はIVの一又は複数で表されるもの等の反復単位を含む、他のタイプの反復単位を有するポリマーを含むものと理解されるべきである。更に、本発明のある実施態様は、かかる式の範囲及び要旨に入らない反復単位を含む。 例えば、幾つかの実施態様は、直鎖状又は分枝状のアルキル置換された反復単位、例えばヘキシル-又はブチル-ノルボルネンから誘導されたものを含む。更なる他の実施態様は、直鎖状又は分枝状のアルキルエステルノルボルネン、例えばイソボルニルエステルノルボルネンから誘導される反復単位を含む。これらの交互の反復単位は、式II、III又はIVで表される上述された反復単位の何れかに代えるか又はそれに付加することができる。 Embodiments of the topcoat polymer of the present invention include repeat units represented by Formula I and repeat units such as, but not limited to, those represented by one or more of Formulas II, III and / or IV It should be understood to include polymers with other types of repeating units, including Further, certain embodiments of the invention include repeat units that do not fall within the scope and spirit of such formulas. For example, some embodiments include linear or branched alkyl substituted repeat units such as those derived from hexyl- or butyl-norbornene. Yet another embodiment comprises repeating units derived from linear or branched alkyl ester norbornene, such as isobornyl ester norbornene. These alternating repeating units can be substituted for or added to any of the above-described repeating units of formula II, III or IV.
本発明に係る実施態様が、式I、II、III及び/又はIVの一又は複数で表される一を超える別個のタイプの反復単位を有する非自己現像型ポリマーを含む場合、このような反復単位のモル比は、反復単位(1)が式Iにより表され、(2)から(m)の他のものが独立して式II、III又はIVで表される場合、(1):(2):...:(m)は、約(30−99):(5−50):...:(5−50)とすることができ、ここでmは区別される最後のタイプの反復単位を表す整数であり、一般に4以下である。他のこのような実施態様では、そのようなモル比は、約(50−80):(5−30):...:(5−30)とすることができる。もちろん、このような比率に対して、合計が100を超えることはできないことが理解される。実施態様が式Iのタイプの反復単位と、式II、III又はIVの一つで表されるタイプの反復単位とを含む場合、式Iのタイプの反復単位のモルパーセント(モル%)は、一般的に40〜99モル%であり、一又は複数の他のタイプの反復単位の十分量が、100モル%のポリマーになるように提供される。式I及びIIのタイプの反復単位のみを有する本発明のトップコートポリマーの実施態様では、式Iのタイプは、一般に40〜99モル%の範囲とすることができ、幾つかの実施態様では、60〜90モル%とされる。他の例示的な実施態様、例えば式I及び/又はIIで表されるタイプに加えて、式III及びIVの一方又は双方で表されるタイプの反復単位を有するポリマーでは、式Iのタイプの反復単位のモル%は、典型的には約40〜約98モル%であり、式IIのタイプ(存在する場合)は約1〜約20モル%であり、式III及びIVのタイプの反復単位はそれぞれ独立して、存在する場合は約1〜約40モル%である。もちろん、何れかの特定のタイプの反復単位をより多く又はより少なく有する他のポリマー組成物もまた本発明の範囲及び要旨に入ると考えられると理解すべきである。以下で更に十分に検討するように、トップコートポリマーの最終調製物は、このようなポリマーから形成されるトップコート層が使用される方式により支配されるある種のデザイン選択の結果である。 Where embodiments according to the invention comprise non-self-developed polymers having more than one distinct type of repeating unit represented by one or more of formulas I, II, III and / or IV, such repeats The molar ratio of units is (1): when the repeating unit (1) is represented by formula I and the others of (2) to (m) are independently represented by formula II, III or IV. 2) :. . . : (M) is approximately (30-99): (5-50):. . . (5-50), where m is an integer representing the last type of repeating unit to be distinguished and is generally 4 or less. In other such embodiments, such molar ratio is about (50-80) :( 5-30):. . . : (5-30). Of course, it is understood that for such a ratio, the sum cannot exceed 100. Where an embodiment comprises a repeating unit of the type of formula I and a repeating unit of the type represented by one of formulas II, III or IV, the mole percent (mol%) of the repeating unit of the formula I type is Generally between 40 and 99 mole percent, a sufficient amount of one or more other types of repeating units is provided to be 100 mole percent polymer. In embodiments of the topcoat polymer of the present invention having only repeating units of the type of formulas I and II, the type of formula I can generally range from 40 to 99 mol%, and in some embodiments, 60 to 90 mol%. In other exemplary embodiments, eg, polymers having repeat units of the type represented by one or both of formulas III and IV, in addition to the types represented by formulas I and / or II, the type of formula I The mole percent of repeat units is typically from about 40 to about 98 mole percent, the type of formula II (if present) is from about 1 to about 20 mole percent, and repeat units of the formula III and IV types Each independently is from about 1 to about 40 mole percent, if present. Of course, it should be understood that other polymer compositions having more or less of any particular type of repeating unit are also considered to fall within the scope and spirit of the invention. As discussed more fully below, the final preparation of the topcoat polymer is the result of certain design choices governed by the manner in which the topcoat layer formed from such a polymer is used.
更に、ポリマー内に存在する任意の特定の反復単位の特定量は、「ポリマーデザイン」プロセスの結果であることに留意されなければならない。すなわち、反復単位の物理的及び化学的特性は、しばしば、そのホモポリマーを形成することにより決定され、そのような物理的及び化学的特性が、形成される層の所望の特性と比較される。この比較に基づき、一又は複数の他の反復単位が選択され、そのようなポリマーの試験組成物が作製され、層に形成され、物理的及び化学的性質が決定される。このようなポリマーデザインプロセスの非限定的な例として、数種のノルボルネン型モノマーのホモポリマーを形成し、ついでフィルムに成形し、接触角及び転落角測定を行う。上述のホモポリマーの測定に基づき、2又はそれ以上のタイプの反復単位を有するポリマーを、高い接触角及び低い転落角、及び/又は例えば0.26N TMAH等、塩基性水溶液中における所望の溶解速度を有するように形成することができる。 Furthermore, it should be noted that the specific amount of any specific repeating unit present in the polymer is the result of the “polymer design” process. That is, the physical and chemical properties of the repeating unit are often determined by forming the homopolymer, and such physical and chemical properties are compared to the desired properties of the layer to be formed. Based on this comparison, one or more other repeating units are selected, a test composition of such a polymer is made, formed into layers, and the physical and chemical properties are determined. As a non-limiting example of such a polymer design process, a homopolymer of several types of norbornene monomers is formed, then formed into a film, and contact angle and rolling angle are measured. Based on the homopolymer measurements described above, polymers with two or more types of repeat units can be used to achieve high contact angles and low tumbling angles and / or desired dissolution rates in basic aqueous solutions such as 0.26N TMAH. Can be formed.
本発明に係る幾つかの実施態様は、フォトレジスト組成物の形成に有用な現像型ノルボルネン系ポリマーである。すなわち、上で検討したトップコート層の形成に有用な実施態様とは異なり、フォトレジスト組成物に含有せしめられるポリマーが現像型である。本発明に係るこのような幾つかの実施態様は、3又は4の相異なるタイプの反復単位を含むが、他のものは、より多い又は少ない数のタイプの反復単位を含むことが理解されるであろう。有利には、現像型ポリマーに有用な幾つかのタイプの反復単位は、非自己現像型ポリマーに関して上述した式I−IVで表されるものである。このような現像型ポリマーの現像能を提供するための、他の有用なタイプの反復単位は、以下に記載する式V及びVI:
で表される。幾つかの他の実施態様では、他のR19からR22はそれぞれ水素であり、Q‡は存在しないか、又は1〜3の炭素の直鎖状アルキルスペーサーである。他の実施態様では、他のR19からR22はそれぞれ水素であり、Q‡は存在しないか、又は1の炭素原子であり、更なる他の実施態様では、他のR19からR22はそれぞれ水素であり、Q‡は存在しない。式Vの反復単位は、一般にポリマーに親水性を付与するためのものである。トップコート又は保護層とは異なり、フォトレジスト層の親水性又は湿潤性が増加すると、該層の性能は一般に向上する。
Some embodiments according to the present invention are developable norbornene-based polymers useful for forming a photoresist composition. That is, unlike the embodiments useful for forming the topcoat layer discussed above, the polymer incorporated in the photoresist composition is a development type. Some such embodiments of the present invention include three or four different types of repeating units, while others include a greater or lesser number of types of repeating units. Will. Advantageously, several types of repeating units useful for developable polymers are those of formulas I-IV described above for non-self-developed polymers. Other useful types of repeat units for providing the developability of such developable polymers are of formulas V and VI described below:
It is represented by In some other embodiments, the other R 19 to R 22 are each hydrogen and Q ‡ is absent or is a linear alkyl spacer of 1 to 3 carbons. In other embodiments, the other R 19 to R 22 are each hydrogen and Q ‡ is absent or 1 carbon atom, and in yet other embodiments, the other R 19 to R 22 are Each is hydrogen and Q ‡ is absent. The repeating unit of formula V is generally for imparting hydrophilicity to the polymer. Unlike the topcoat or protective layer, as the hydrophilicity or wettability of the photoresist layer increases, the performance of the layer generally improves.
また式VIにおいて、X、nは式Iに対して定義した通りであり、R23からR26はそれぞれ独立して、水素、直鎖状又は分枝状アルキル基、あるいは直鎖状又は分枝状ハロアルキル基を表すが、但し、R23からR26の少なくとも一は、以下に示す式:
のH、J又はKの一つで表される基である。上に表されたHJK(酸)基は、H、J又はK基の一つから誘導されることに留意されるべきである。すなわち、式VIで表され、よってそこに少なくとも一のH、J又はK基を有する反復単位の幾つかの部分は、一般に重合完了後、生じたポリマーの分離中に、HJK(酸)基に転換される。よって、式VIで表される反復単位を含む本発明に係る実施態様では、一般にそれらの単位のある少量部分はHJK(酸)基を有する一方、このような単位の大部分は、H、J又はK基の一つを有するであろう。このような部分は、式VIで表される反復単位と区別するために、式VI(酸)によって表されるものとする。式VIの反復単位は、フォトレジスト層の露光領域において、PAGとの相互作用時に酸性基を形成可能な酸不安定な官能基を有するポリマーを提供し、このような露光領域の水性アルカリ溶解度が増加する。ポリマー鎖に、このような酸不安定な基を有する反復単位が存在すると、例えば一般的に知られているような化学増幅がなされる。
In Formula VI, X and n are as defined for Formula I, and R 23 to R 26 are each independently hydrogen, a linear or branched alkyl group, or a linear or branched group. A haloalkyl group wherein at least one of R 23 to R 26 is represented by the formula:
A group represented by one of H, J or K. It should be noted that the HJK (acid) group represented above is derived from one of the H, J or K groups. That is, some portion of the repeat unit represented by Formula VI and having at least one H, J, or K group therein is generally converted to HJK (acid) groups during polymerization separation after polymerization is complete. Converted. Thus, in embodiments according to the present invention comprising recurring units of the formula VI, generally a small fraction of these units have HJK (acid) groups, while the majority of such units are H, J Or one of the K groups. Such moieties shall be represented by formula VI (acid) to distinguish them from repeating units represented by formula VI. The repeating unit of formula VI provides a polymer with acid labile functional groups capable of forming acidic groups upon interaction with the PAG in the exposed areas of the photoresist layer, and the aqueous alkaline solubility of such exposed areas is To increase. When a repeating unit having such an acid labile group is present in the polymer chain, for example, chemical amplification as generally known is performed.
よって、上述した本発明に係る現像型ポリマーの実施態様は、フォトレジスト組成物の形成に有用であり、従ってフォトレジスト層の形成に有用なノルボルネン系ポリマーに関する。幾つかのこのような実施態様では、形成されるフォトレジスト層は、液浸リソグラフィプロセス中における浸漬媒体との直接接触に適している。すなわち、このような現像層は高い接触角と後退角、及び低い転落角を有する。他の実施態様では、現像層は、液浸リソグラフィプロセス中における保護層の下地とするのに最も適しており、このような保護層形成組成物と混合される領域を殆ど又は全く示さない。有利には、本発明の幾つかの実施態様は、本発明のトップコート組成物を使用して形成されるトップコート層を受け入れるのに適したフォトレジスト層を形成するのに有用な現像型ポリマーの実施態様を含む。 Therefore, the embodiment of the developable polymer according to the present invention described above relates to a norbornene-based polymer useful for forming a photoresist composition and thus useful for forming a photoresist layer. In some such embodiments, the formed photoresist layer is suitable for direct contact with an immersion medium during an immersion lithography process. That is, such a development layer has a high contact angle, a receding angle, and a low sliding angle. In other embodiments, the development layer is best suited to underlie a protective layer during an immersion lithography process and exhibits little or no area mixed with such a protective layer forming composition. Advantageously, some embodiments of the present invention provide a developable polymer useful for forming a photoresist layer suitable for receiving a topcoat layer formed using the topcoat composition of the present invention. Embodiments.
本発明に係る実施態様が、式I、II、III、IV、V、VI及び/又はVI(酸)の一又は複数で表される一を超える相異なるタイプの反復単位を有する現像型ポリマーを含む場合、このような反復単位のモル比は、反復単位(1)が式Iにより表され、反復単位(2)が式Vにより表され、反復単位(3)が式VIにより表され、(4)から(m)の他のものが独立して式VI(酸)、II、III又はIVで表される場合、反復単位を含むポリマーのモル比(1):(2):(3):(4):...:(m)は、約(0−60):(5−60):(5−80):(0−15):(0−50):...:(0−50)とすることができ、ここでmは相異なる最後のタイプの反復単位を表す整数であり、一般には5以下である。他のこのような実施態様では、前記モル比は、約(5−40):(10−50):(20−70):(1−10):(0−40):...:(0−40)とすることができる。もちろん、このような比率は、全体で100を超えることはできないことが理解される。式I、V及びVIのタイプの反復単位を有する本発明の現像型ポリマーの実施態様では、式Iのタイプは一般的に1〜50モル%、幾つかの実施態様では10〜40モル%、式Vのタイプは1〜50モル%、幾つかの実施態様では10〜40モル%、式VIのタイプは20〜75モル%、幾つかの実施態様では30〜50モル%の範囲とすることができる。式VIのタイプの反復単位が存在する場合、一般に所定量の式VI(酸)タイプの反復単位も存在し、このような式VI(酸)タイプの量により、一般に式VIタイプの量が低減する。典型的には、式VI(酸)タイプの量は10モル%未満である。もちろん、何れか特定のタイプの反復単位をより多く又はより少なく有する他のポリマー組成物もまた本発明の範囲及び要旨に入ると考えられることが理解されなければならない。以下で更に十分に検討するように、トップコートポリマーの最終調製物は、このようなポリマーから形成されるトップコート層が使用される方式により支配されるある種のデザイン選択の結果である。 Embodiments according to the present invention comprise a developable polymer having more than one different type of repeating unit represented by one or more of the formulas I, II, III, IV, V, VI and / or VI (acid) When included, the molar ratio of such repeat units is such that repeat unit (1) is represented by formula I, repeat unit (2) is represented by formula V, repeat unit (3) is represented by formula VI, ( When the other of 4) to (m) is independently represented by the formula VI (acid), II, III or IV, the molar ratio of the polymer containing repeating units (1) :( 2) :( 3) : (4) :. . . : (M) is about (0-60): (5-60): (5-80): (0-15): (0-50):. . . : (0-50), where m is an integer representing a different last type of repeating unit and is generally 5 or less. In other such embodiments, the molar ratio is about (5-40) :( 10-50) :( 20-70) :( 1-10) :( 0-40):. . . : (0-40). Of course, it is understood that such a ratio cannot exceed 100 in total. In embodiments of the developable polymer of the present invention having repeating units of the type of formula I, V and VI, the type of formula I is generally 1-50 mol%, in some embodiments 10-40 mol%, The type of formula V should be in the range 1-50 mol%, in some embodiments 10-40 mol%, the type of formula VI in the range 20-75 mol%, and in some embodiments 30-50 mol%. Can do. When there is a repeat unit of the formula VI type, there is generally also a certain amount of a repeat unit of the formula VI (acid) type, and this amount of formula VI (acid) type generally reduces the amount of formula VI type. To do. Typically, the amount of formula VI (acid) type is less than 10 mol%. Of course, it should be understood that other polymer compositions having more or less of any particular type of repeating unit are also considered to fall within the scope and spirit of the invention. As discussed more fully below, the final preparation of the topcoat polymer is the result of certain design choices governed by the manner in which the topcoat layer formed from such a polymer is used.
(モノマー及び重合)
一又は複数の適切な式I、II、III、IV、V及び/又はVIで表される任意の一又は複数のタイプの反復単位によって表される上述の非自己現像型ポリマー、並びに現像型ポリマーは、典型的には適切な類似モノマーから誘導される。よって、非限定的例として、反復単位、例えば:
Non-self-developing polymers as described above represented by one or more suitable repeating units of one or more types of formulas I, II, III, IV, V and / or VI, and developing polymers Are typically derived from suitable similar monomers. Thus, as a non-limiting example, a repeat unit, for example:
よって、式Iで表される第一のタイプの反復単位と、式II、III、IV又はVで表される第二のタイプの反復単位を有するポリマーが所望される場合、このようなポリマーは、所望する反復単位の類似モノマーを、適切に付加重合(2、3連鎖)することにより調製することができ;このような付加重合は、単一又は多成分のVIII族遷移金属触媒の存在下で実施される。 Thus, if a polymer having a first type of repeating unit of formula I and a second type of repeating unit of formula II, III, IV or V is desired, such a polymer is Similar monomers of the desired repeating unit can be prepared by appropriate addition polymerization (2, 3 chain); such addition polymerization can be carried out in the presence of a single or multi-component Group VIII transition metal catalyst. Will be implemented.
多成分触媒が所望される場合、それは、重合されるモノマー(群)の存在下、共触媒(又は活性剤)とプロ触媒を組み合わせることにより、インサイツで調製することができる。プロ触媒とは、共触媒又は活性剤化合物と反応することにより、活性触媒に転換されるVIII族遷移金属(一般にパラジウム)含有化合物を意味する。代表的なプロ触媒及び共触媒の記述及び合成法、並びにそれを使用して形成された陽イオンPd(II)触媒は既知である。例えば、関連部分が出典明示によりここに援用される米国特許第6455650号に記載されている。単一成分触媒が望まれる場合、かかる触媒(及び幾つかの更なる多成分触媒系)は、出典明示によりここに関連部分が援用される公開された米国特許第20050187398号に記載されている。このような参考文献の触媒系を以下に簡単に記載するが、ここで提供されるこのような記載は非限定的な例であり、よって全てを包含するものではないことは理解されるであろう。このような触媒系のより完全な記載は、上の援用した文献により提供される。 If a multi-component catalyst is desired, it can be prepared in situ by combining a cocatalyst (or activator) and a procatalyst in the presence of the monomer (s) to be polymerized. Procatalyst means a Group VIII transition metal (generally palladium) containing compound that is converted to an active catalyst by reacting with a cocatalyst or activator compound. Descriptions and synthesis methods of representative procatalysts and cocatalysts, and cationic Pd (II) catalysts formed using them are known. For example, relevant portions are described in US Pat. No. 6,455,650, incorporated herein by reference. Where single component catalysts are desired, such catalysts (and some additional multi-component catalyst systems) are described in published US Pat. No. 20050187398, the relevant portions of which are hereby incorporated by reference. While such reference catalyst systems are briefly described below, it is understood that such descriptions provided herein are non-limiting examples and therefore are not all inclusive. Let's go. A more complete description of such catalyst systems is provided by the above-incorporated literature.
本発明のモノマーの重合に適切なパラジウムプロ触媒は、以下の式A:
(アリル)Pd(P(Rx)3)(L') (A)
[上式中、Rxは、イソプロピル又はシクロヘキシルであってよく;L'はトリフルオロアセテート又はトリフルオロメタンスルホナート(トリフレート)であってよい]
で表される。このような式を有する本発明の代表的なプロ触媒には、限定されるものではないが、(アリル)パラジウム-(トリシクロヘキシルホスフィン)トリフレート、(アリル)パラジウム(トリイソプロピルホスフィン)トリフレート、(アリル)パラジウム(トリシクロヘキシルホスフィン)トリフルオロアセテート、及び(アリル)パラジウム(トリイソプロピル-ホスフィン)トリフルオロアセテートが含まれる。
Suitable palladium procatalysts for the polymerization of the monomers of the present invention are the following formula A:
(Allyl) Pd (P (R x ) 3 ) (L ′) (A)
[Wherein R x may be isopropyl or cyclohexyl; L ′ may be trifluoroacetate or trifluoromethanesulfonate (triflate)]
It is represented by Representative procatalysts of the invention having such a formula include, but are not limited to, (allyl) palladium- (tricyclohexylphosphine) triflate, (allyl) palladium (triisopropylphosphine) triflate, (Allyl) palladium (tricyclohexylphosphine) trifluoroacetate and (allyl) palladium (triisopropyl-phosphine) trifluoroacetate are included.
他の適切なプロ触媒は、上述した‘650特許に記載されており、以下に示す式B:
[(E(R)3)aPd(Q)(LB)b][WCA]r (B)
[上式中、E(R)3は15族の中性電子供与性配位子を表し、Eは元素周期表の15族元素から選択され、Rは独立して水素(又はその同位元素の一つ)、又は陰イオン性ヒドロカルビル(及びその重水素型)含有部分を表し;Qはカルボキシレート、チオカルボキシレート、及びジチオカルボキシレート基から選択される陰イオン性配位子であり;LBはルイス塩基であり;WCAは弱い配位陰イオンを表し;aは1又は2の整数を表し;bは1又は2の整数を表し、ここでa+bの合計は3である]
で表されるようなパラジウム金属カチオン及び弱い配位アニオンを含む。
Other suitable procatalysts are described in the above-mentioned '650 patent and have the formula B:
[(E (R) 3 ) a Pd (Q) (LB) b ] [WCA] r (B)
[In the above formula, E (R) 3 represents a group 15 neutral electron-donating ligand, E is selected from group 15 elements of the periodic table, and R is independently hydrogen (or its isotope). One) or an anionic hydrocarbyl (and its deuterium form) containing moiety; Q is an anionic ligand selected from carboxylate, thiocarboxylate, and dithiocarboxylate groups; Lewis base; WCA represents a weakly coordinating anion; a represents an integer of 1 or 2; b represents an integer of 1 or 2, where the sum of a + b is 3]
Including a palladium metal cation and a weakly coordinating anion.
適切な単一成分触媒は、上述の公開された出願に記載されており、以下の式B'及びC:
[(E(R)3)aPd(Q)(LB)b]p[WCA]r (B')
[(E(R)3)(E(R)2R*)Pd(LB)]p[WCA]r (C)
で表される。
Suitable single component catalysts are described in the above published applications and are represented by the following formulas B ′ and C:
[(E (R) 3 ) a Pd (Q) (LB) b ] p [WCA] r (B ′)
[(E (R) 3 ) (E (R) 2 R * ) Pd (LB)] p [WCA] r (C)
It is represented by
式B'において、E、R、E(R)3;Q;LB及びWCAは、式Bに対して定義した通りであるが、aは1、2又は3の整数を表し;bは0、1又は2の整数を表し、a+bの合計は1、2又は3であり;p及びrは、パラジウムカチオンと弱い配位陰イオンの倍数を表し、式B'の構造上の電荷をバランスさせるように取られる整数である。例示的な実施態様では、p及びrは独立して1又は2の整数から選択される。 In formula B ′, E, R, E (R) 3 ; Q; LB and WCA are as defined for formula B, a represents an integer of 1, 2 or 3; b is 0; Represents an integer of 1 or 2, the sum of a + b is 1, 2 or 3; p and r represent multiples of palladium cations and weakly coordinated anions to balance the structural charge of formula B ′ Is an integer taken to In an exemplary embodiment, p and r are independently selected from an integer of 1 or 2.
式Cにおいて、E(R3)は式B'に対して定義した通りであり;またE(R)2R*は15族の中性電子供与性配位子を表し、ここでE、R、r及びpは上で定義されたものであり、R*は陰イオン性ヒドロカルビル含有部分であり、Pd中心に対してβ水素を有し、Pdに結合している。例示的な実施態様では、p及びrは独立して、1及び2の整数から選択される。このような単一成分触媒系は、有利には共触媒を添加することなく使用することができる(すなわち、エネルギーの付加、例えば加熱によってのみ活性化される潜在触媒として)が、典型的には、このような単一成分触媒が溶液重合に使用される場合、多くは所定量の共触媒の添加が望ましい。 In formula C, E (R 3 ) is as defined for formula B ′; and E (R) 2 R * represents a group 15 neutral electron donating ligand, where E, R , R and p are as defined above, R * is an anionic hydrocarbyl containing moiety, has a β hydrogen relative to the Pd center, and is bonded to Pd. In an exemplary embodiment, p and r are independently selected from integers of 1 and 2. Such single component catalyst systems can advantageously be used without the addition of a cocatalyst (i.e. as a latent catalyst activated only by the addition of energy, e.g. heating), but typically When such single component catalysts are used for solution polymerization, it is often desirable to add a predetermined amount of cocatalyst.
代表的な共触媒化合物には、特にテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・ジエチルエーテル錯体(LiFABA)、及びN-ジメチルアニリン・テトラキス-(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(DANFABA)が含まれる。他の適切な活性剤化合物も、上述した‘650特許に記載されている。 Representative cocatalyst compounds include tetrakis (pentafluorophenyl) lithium borate / diethyl ether complex (LiFABA) and N-dimethylaniline / tetrakis- (pentafluorophenyl) borate (DANFABA), among others. Other suitable activator compounds are also described in the aforementioned '650 patent.
本発明の幾つかの多成分触媒の実施態様では、モノマー対触媒対共触媒のモル比は、約500:1:5〜約20000:1:5又は500:1:1〜20000:1:1の範囲とすることができる。幾つかのこのような実施態様では、モル比は約5000:1:4〜約1000:1:2であり、更なる他の実施態様では、約3000:1:3〜約1000:1:2のモル比であることが有利である。適切なモル比は、特定の触媒系の活性、選択されるモノマーの反応性、及び所望の得られるポリマーの分子量に応じて変わりうるし、また変わるであろう。また、単一成分触媒が使用される本発明の実施態様では、共触媒の添加を排除することができる。しかしながら、一般的には約5000:1:4〜約5000:1:2、特に約2000:1:3〜約1000:1:3の比率が有用であることが見出されている。 In some multi-component catalyst embodiments of the present invention, the molar ratio of monomer to catalyst to cocatalyst is about 500: 1: 5 to about 20000: 1: 5 or 500: 1: 1 to 20000: 1: 1. Range. In some such embodiments, the molar ratio is from about 5000: 1: 4 to about 1000: 1: 2, and in still other embodiments, from about 3000: 1: 3 to about 1000: 1: 2. The molar ratio is advantageously. The appropriate molar ratio can and will vary depending on the activity of the particular catalyst system, the reactivity of the selected monomers, and the desired molecular weight of the resulting polymer. Also, in embodiments of the invention where a single component catalyst is used, the addition of a cocatalyst can be eliminated. However, in general, ratios of about 5000: 1: 4 to about 5000: 1: 2, especially about 2000: 1: 3 to about 1000: 1: 3 have been found useful.
付加重合反応に適切な重合溶媒には、脂肪族及び芳香族溶媒が含まれる。これらには脂肪族(無極性)炭化水素、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びシクロヘキサン;ハロゲン化アルカン溶媒、例えばジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化エチル、1,1-ジクロロエタン、1,2-ジクロロエタン、1-クロロプロパン、2-クロロプロパン、1-クロロブタン、2-クロロブタン、1-クロロ-2-メチルプロパン、及び1-クロロペンタン;エステル類、例えば酢酸エチル、i-アミルアセテート;エーテル類、例えばジエチルエーテル;芳香族溶媒、例えばベンゼン、トルエン、o-、m-及びp-キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、フレオン(Freon)(登録商標)112ハロカーボン溶媒、フルオロベンゼン、o-ジフルオロベンゼン、p-ジフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、及びo-ジクロロベンゼンが含まれる。溶媒として水を使用してもよい。他の有機溶媒、例えばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセテート類(例えば酢酸エチル)、エステル類、ラクトン類、ケトン類及びアミド類も有用であり得る。2又はそれ以上の溶媒の混合物も有用である。 Suitable polymerization solvents for the addition polymerization reaction include aliphatic and aromatic solvents. These include aliphatic (nonpolar) hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane and cyclohexane; halogenated alkane solvents such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, ethyl chloride, 1,1-dichloroethane, 1,2- Dichloroethane, 1-chloropropane, 2-chloropropane, 1-chlorobutane, 2-chlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, and 1-chloropentane; esters such as ethyl acetate, i-amyl acetate; ethers such as diethyl Ethers; aromatic solvents such as benzene, toluene, o-, m- and p-xylene, mesitylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, Freon® 112 halocarbon solvents, fluorobenzene, o-difluorobenzene , P-difluorobenzene, pentafluoro Benzene include hexafluorobenzene, and o- dichlorobenzene. Water may be used as a solvent. Other organic solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, acetates (eg ethyl acetate), esters, lactones, ketones and amides may also be useful. Mixtures of two or more solvents are also useful.
溶液プロセスにおいて、重合反応は、重合されるノルボルネン型モノマー又はモノマー混合物の溶液に、事前成形触媒又は個々の触媒成分の溶液を添加することにより、実施することができる。幾つかの実施態様では、溶媒に溶解されるモノマー量は、約5〜約50重量%(wt%)、他の実施態様では約10〜約30重量%、更なる他の実施態様では約10〜約20重量%の範囲である。事前成形触媒又は触媒成分をモノマー溶液に添加した後、触媒とモノマー成分の完全な混合を達成するために反応媒質をかき混ぜ(例えば攪拌し)、一般には重合に十分な時間、加熱する。 In a solution process, the polymerization reaction can be carried out by adding a preformed catalyst or a solution of individual catalyst components to a solution of norbornene-type monomer or monomer mixture to be polymerized. In some embodiments, the amount of monomer dissolved in the solvent is from about 5 to about 50% by weight (wt%), in other embodiments from about 10 to about 30% by weight, and in still other embodiments from about 10%. In the range of about 20% by weight. After the preformed catalyst or catalyst component is added to the monomer solution, the reaction medium is agitated (eg, stirred) to achieve thorough mixing of the catalyst and monomer component, and is generally heated for a time sufficient for polymerization.
重合反応の反応温度は、約0℃〜約150℃の範囲とすることができるが、一般には約10℃〜約100℃、又は更には約20℃〜約80℃の温度が有利であることが見出されている。 The reaction temperature of the polymerization reaction can range from about 0 ° C to about 150 ° C, but generally a temperature of about 10 ° C to about 100 ° C, or even about 20 ° C to about 80 ° C is advantageous. Has been found.
本発明のトップコートポリマーの実施態様では、ポリマーの所望する平均分子量(Mw)は、約3000〜約200000である。他の実施態様では、Mwは約3500〜約5000、更なる他の実施態様では約4000〜10000である。本発明のフォトレジストポリマーの実施態様では、ポリマーの所望Mwは、約2000〜約50000である。他の実施態様では、Mwは約2500〜約35000、更なる他の実施態様では、約3000〜10000である。しかしながら、本発明の他の実施態様は、他の範囲の平均分子量を有するトップコート及びフォトレジストポリマーを含み、このようなポリマーは、上述の例示的Mw範囲よりも高い又は低いMwを有しうることが理解されなければならない。よって、他のMw範囲も、本発明の範囲及び要旨に入るものと理解される。上に与えたMw範囲に加え、ここで言及される任意のポリマーのMwは、別段の記載がない限り、適切な標準体を用いたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して測定されることを記しておく。 In embodiments of the topcoat polymer of the present invention, the desired average molecular weight (Mw) of the polymer is from about 3000 to about 200000. In other embodiments, the Mw is from about 3500 to about 5000, and in yet other embodiments from about 4000 to 10,000. In embodiments of the photoresist polymer of the present invention, the desired Mw of the polymer is from about 2000 to about 50000. In other embodiments, the Mw is from about 2500 to about 35000, and in yet other embodiments, from about 3000 to 10,000. However, other embodiments of the present invention include topcoat and photoresist polymers having other ranges of average molecular weight, and such polymers may have Mw higher or lower than the exemplary Mw range described above. It must be understood. Thus, other Mw ranges are understood to fall within the scope and spirit of the present invention. In addition to the Mw range given above, the Mw of any polymer referred to herein should be measured using gel permeation chromatography (GPC) with an appropriate standard unless otherwise stated. Is noted.
(ポリマー組成物)
本発明に係る幾つかの実施態様は、これまでに検討したトップコートポリマーの実施態様又はフォトレジストポリマーの実施態様の組成物を包含し、そのような組成物には、これまでに開示されたモル比及びMw範囲で、任意の適切な反復単位を有する適切なポリマーを導入することができる。そのような組成物は、以下に更に詳細に検討するように基板に重層されるフィルムを形成するのに有用である。このような組成物は、基板、例えば半導体基板上にフィルムが形成されるように、及び/又は液浸リソグラフィプロセスにおいてそのようなフィルムの所望の性能を達成するように選択される、適切なポリマー、溶媒、及び一又は複数の更なる成分(添加剤)を含む。
(Polymer composition)
Some embodiments according to the present invention include compositions of the topcoat polymer embodiments or photoresist polymer embodiments discussed so far, such compositions having been previously disclosed. Appropriate polymers with any suitable repeating units can be introduced in molar ratios and Mw ranges. Such compositions are useful for forming films that are layered on a substrate as discussed in more detail below. Such a composition is a suitable polymer selected such that a film is formed on a substrate, for example a semiconductor substrate, and / or to achieve the desired performance of such a film in an immersion lithography process. A solvent, and one or more additional ingredients (additives).
トップコートポリマーを含む組成物である本発明の実施態様について最初に言及すると、このような組成物は、上述したような、適量の一又は複数の相異なるトップコートポリマー、有機溶媒、及び場合によっては一又は複数の酸性物質、架橋材料及び界面活性剤を含んでいることである。 Initially referring to an embodiment of the invention that is a composition comprising a topcoat polymer, such a composition comprises a suitable amount of one or more different topcoat polymers, organic solvents, and optionally, as described above. Includes one or more acidic substances, a cross-linking material and a surfactant.
トップコート組成物に有用な有機溶媒は、ポリマーを溶解可能であるが、基板上に既に形成されたフォトレジストフィルムと混和性のない溶媒である。このような溶媒には、一般に1〜10の炭素原子を有するアルコール溶媒、1〜10の炭素原子を有する部分的又は完全にフッ化されたアルコール溶媒、4〜15の炭素原子を有する部分的又は完全にフッ化されたアルキルエーテル溶媒、及び4〜15の炭素原子を有する部分的又は完全にフッ化されたアルキルエステル溶媒が含まれる。上の基準に従う溶媒の例は、n-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-オクタノール、2-ペルフルオロブチルエタノール(C4F9CH2CH2OH)、ペルフルオロプロピルメタノール((C3F7)(CH2OH))、H(CF2)2CH2-O-(CF2)2-H、H(CF2)7-(CO)O-CH3、及びH(CF2)4-(CO)O-C2H5である。 Useful organic solvents for the topcoat composition are those that can dissolve the polymer but are not miscible with the photoresist film already formed on the substrate. Such solvents generally include alcohol solvents having 1 to 10 carbon atoms, partially or fully fluorinated alcohol solvents having 1 to 10 carbon atoms, partial or having 4 to 15 carbon atoms, or Included are fully fluorinated alkyl ether solvents and partially or fully fluorinated alkyl ester solvents having 4 to 15 carbon atoms. Examples of solvents according to the above criteria are n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, n-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 2-octanol, 2-perfluorobutylethanol (C 4 F 9 CH 2 CH 2 OH ), perfluoropropyl methanol ((C 3 F 7) ( CH 2 OH)), H (CF 2) 2 CH 2 -O- (CF 2) 2 -H, H (CF 2) 7 - (CO) O- CH 3, and H (CF 2) 4 - ( CO) a O-C 2 H 5.
場合によっては、本発明のトップコート組成物の実施態様は、酸性化合物を含むことができる。有利には、このような酸化合物は、存在すると、「露光後線幅安定性(post-exposure delay)」保護剤として作用しうる。すなわち、下層のフォトレジストフィルムの像様露光と形成された像の現像との間のタイミングに遅れがあれば、そのような酸化合物は、存在し得るあらゆる大気中のアミン類又はアミン含有物質の影響に対して保護をもたらしうる。このような保護は、アミン類が露光したフォトレジストフィルムと相互作用して、遅延化した後続の現像プロセスの間に、フォトレジストフィルムのミスパターニングが生じる前に、そのようなあらゆる大気中のアミン類と反応してそれらを中和する酸性化合物によって、達成される。よって、トップコート組成物中に任意の酸性化合物を含有せしめることにより、大気中のアミン類又はアミン含有化合物の存在に起因するフォトレジストパターンの有意な寸法変動を低減又は排除することができる。 In some cases, embodiments of the topcoat composition of the present invention can include an acidic compound. Advantageously, such acid compounds, when present, can act as a “post-exposure delay” protective agent. That is, if there is a delay in the timing between the imagewise exposure of the underlying photoresist film and the development of the formed image, such acid compounds can be present in any atmospheric amines or amine-containing materials that may be present. Can provide protection against impacts. Such protection interacts with the photoresist film exposed by the amines to prevent any such atmospheric amines before mispatterning of the photoresist film occurs during a delayed subsequent development process. This is accomplished by acidic compounds that react with the class to neutralize them. Therefore, by including an arbitrary acidic compound in the top coat composition, significant dimensional variation of the photoresist pattern due to the presence of amines or amine-containing compounds in the atmosphere can be reduced or eliminated.
有用な酸性化合物は、以下に示す式:
(CpF2p+1SO2)2NH X
[上式中、pは1〜5の整数である]
CqF2q+1COOH XI
[上式中、qは10〜15の整数である]
で表されるものである。
Useful acidic compounds have the formula:
(C p F 2p + 1 SO 2 ) 2 NH X
[Wherein p is an integer of 1 to 5]
C q F 2q + 1 COOH XI
[Wherein q is an integer of 10 to 15]
It is represented by
酸性化合物の例は、(C4F9SO2)2NH、(C3F7SO2)2NH、C10F21COOH、
本発明の幾つかのトップコート組成物の実施態様では、任意の架橋剤が添加される。このような任意の架橋剤は、一般的にはアミノ基及び/又はイミノ基を有し、少なくとも2の水素原子がヒドロキシアルキル基及び/又はアルコキシアルキル基で置換されている窒素含有化合物である。このような架橋剤には、限定されるものではないが、メラミン誘導体、尿素誘導体、グアナミン誘導体、アセトグアナミン誘導体、ベンゾグアナミン誘導体及びスクシニルアミド誘導体で、そのアミノ基の水素原子がメチロール基又はアルコキシメチル基もしくはその2つの双方で置換されているもの;並びにグリコールウリル誘導体及びエチレン-尿素誘導体で、そのイミノ基の水素原子が置換されているものが含まれる。架橋剤の一例はテトラブトキシメチル化グリコールウリルである。 In some topcoat composition embodiments of the invention, an optional crosslinker is added. Such optional cross-linking agents are generally nitrogen-containing compounds having an amino group and / or an imino group, wherein at least two hydrogen atoms are substituted with a hydroxyalkyl group and / or an alkoxyalkyl group. Such crosslinking agents include, but are not limited to, melamine derivatives, urea derivatives, guanamine derivatives, acetoguanamine derivatives, benzoguanamine derivatives, and succinylamide derivatives, in which the hydrogen atom of the amino group is a methylol group or an alkoxymethyl group. Or those substituted with both of them; and glycoluril derivatives and ethylene-urea derivatives in which the hydrogen atom of the imino group is substituted. An example of a cross-linking agent is tetrabutoxymethylated glycoluril.
これらの窒素含有化合物は、例えばメラミン誘導体、尿素誘導体、グアナミン誘導体、アセトグアナミン誘導体、ベンゾ-グアナミン誘導体、スクシニルアミド誘導体、グリコールウリル誘導体又はエチレン-尿素誘導体をホルマリンと沸騰水中で反応させて、誘導体をメチル化し、あるいは更にそれを低級アルコール、具体的にはメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール又はイソブタノールと反応させて、アルコキシル化することによって得ることができる。有用であることが見出されている架橋剤の一例はテトラブトキシメチル化グリコールウリルである。 These nitrogen-containing compounds are prepared by reacting, for example, melamine derivatives, urea derivatives, guanamine derivatives, acetoguanamine derivatives, benzo-guanamine derivatives, succinylamide derivatives, glycoluril derivatives, or ethylene-urea derivatives in formalin and boiling water. It can be obtained by methylation or further alkoxylation by reacting it with a lower alcohol, specifically methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol or isobutanol. One example of a cross-linking agent that has been found to be useful is tetrabutoxymethylated glycoluril.
他の架橋剤もまた有用であることが見出されている。例えば、ヒドロキシル基及び/又はアルコキシ基で置換された少なくとも一のタイプの炭化水素化合物と、モノヒドロキシ-モノカルボン酸化合物の縮合生成物も含まれる。例示的な縮合生成物には、ヒドロキシル基及びカルボキシル基が単一の炭素原子又は隣接する炭素原子に結合しているモノヒドロキシ-モノカルボン酸が含まれる。 Other crosslinkers have also been found useful. For example, a condensation product of a monohydroxy-monocarboxylic acid compound with at least one type of hydrocarbon compound substituted with a hydroxyl group and / or an alkoxy group is also included. Exemplary condensation products include monohydroxy-monocarboxylic acids in which the hydroxyl and carboxyl groups are bonded to a single carbon atom or adjacent carbon atoms.
所望されるならば、本発明の実施態様に係る保護フィルム形成組成物は、そこに添加される任意の界面活性剤を更に含むことができる。界面活性剤の一例は、XR-104(Dainippon Ink and Chemicals、Inc.の商品名)であるが、本発明は、これに限定されるものではない。物質に界面活性剤を添加することにより、物質の被覆性と、トップコート又は保護フィルムのより均一の塗布性を提供する能力を改善することが可能になる。この均一性の増加は、フィルムの凹凸が抑えられる結果である。 If desired, the protective film-forming composition according to embodiments of the present invention can further comprise any surfactant added thereto. An example of the surfactant is XR-104 (trade name of Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), but the present invention is not limited to this. By adding a surfactant to the material, it becomes possible to improve the coverage of the material and the ability to provide a more uniform coatability of the topcoat or protective film. This increase in uniformity is a result of suppressing unevenness of the film.
本発明のトップコート組成物の実施態様は、基板上に形成されるフォトレジストフィルムに重層するトップコート又は保護層フィルムを形成するのに使用される。このようなフィルムは、一般に、例えば液浸リソグラフィプロセスに使用されるような浸漬流体を受け入れるためのものである。一般に、このようなトップコートフィルムの厚みは、幾つかの実施態様では約70nm〜約200nmであるが、他の実施態様では約90nm〜約180nmであり、更なる他の実施態様では、約120nm〜約160nmである。しかしながら、上述した範囲を超えるか又はこれより薄い他のフィルム厚もまた有用であり、よって本発明の実施態様の範囲及び要旨に入ることが理解されるであろう。更に、本発明のトップコート組成物を適切に使用することで得られる任意の特定のフィルムの厚みは、使用されるコーティング方法並びにそのような組成物中に存在するトップコートポリマーの量、及び任意の添加剤の量に依存することが理解されるであろう。スピンコーティング法が使用される場合(以下に更に詳細に記載)、幾つかの実施態様では、トップコートポリマー量の所望の範囲は、約0.1重量%(wt%)〜約30重量%であり、他の実施態様では、このような量は約0.3重量%〜約15重量%であり、更なる他の実施態様では約0.5重量%〜約7.5重量%であることが望ましい。このような重量%の値は、前記トップコート組成物の全量(重量)に対してである。しかしながら、トップコートポリマーの量の範囲が上述した範囲を超えるか又はこれより少ないものも有用であり、よって本発明の実施態様の範囲及び要旨に入ることが理解される。 Embodiments of the topcoat composition of the present invention are used to form a topcoat or protective layer film that overlays a photoresist film formed on a substrate. Such films are generally for receiving immersion fluids such as those used in immersion lithography processes. Generally, the thickness of such a topcoat film is from about 70 nm to about 200 nm in some embodiments, but in other embodiments from about 90 nm to about 180 nm, and in still other embodiments, about 120 nm. ~ About 160 nm. However, it will be appreciated that other film thicknesses above or below the above ranges are also useful and thus fall within the scope and spirit of embodiments of the invention. Furthermore, the thickness of any particular film obtained by appropriate use of the topcoat composition of the present invention is dependent on the coating method used and the amount of topcoat polymer present in such composition, and optionally It will be understood that this depends on the amount of additive. When a spin coating method is used (described in further detail below), in some embodiments, the desired range of topcoat polymer amount is from about 0.1 wt% (wt%) to about 30 wt%. And in other embodiments, such amounts are from about 0.3% to about 15% by weight, and in yet other embodiments from about 0.5% to about 7.5% by weight. Is desirable. Such weight% values are relative to the total amount (weight) of the topcoat composition. However, it is understood that ranges of the amount of topcoat polymer that are above or below the above range are also useful and thus fall within the scope and spirit of embodiments of the present invention.
任意の界面活性剤がこのようなトップコート組成物に添加される場合、幾つかの実施態様では約0.001重量%〜約10重量%、他の実施態様では約0.01重量%〜約1重量%、更なる他の実施態様では約0.05重量%〜約0.5重量%の範囲のこのような界面活性剤が使用され、このような量は、該組成物におけるトップコートポリマーの量に対するものである。任意の架橋剤がこのようなトップコート組成物に添加される場合、幾つかの実施態様では約0.5重量%〜約10重量%、他の実施態様では約1重量%約8重量%、更なる他の実施態様では約3重量%〜約7重量%の範囲のこのような界面活性剤が使用され、このような量は、該組成物におけるトップコートポリマーの量に対するものである。任意の酸性化合物がこのようなトップコート組成物に添加される場合、幾つかの実施態様では約0.1重量%〜約10重量%、他の実施態様では約0.2重量%〜約5重量%、更なる他の実施態様では約0.3重量%〜約1重量%の範囲のこのような酸性化合物が使用され、このような量は、該組成物におけるトップコートポリマーの量に対するものである。 When optional surfactants are added to such topcoat compositions, in some embodiments from about 0.001% to about 10%, in other embodiments from about 0.01% to about 1% by weight, and in yet other embodiments in the range of about 0.05% to about 0.5% by weight of such surfactants are used, such amounts being the topcoat polymer in the composition It is for the amount of. When optional cross-linking agents are added to such topcoat compositions, in some embodiments from about 0.5% to about 10%, in other embodiments from about 1% to about 8%, In still other embodiments, such surfactants in the range of about 3% to about 7% by weight are used, and such amounts are relative to the amount of topcoat polymer in the composition. When any acidic compound is added to such a topcoat composition, in some embodiments from about 0.1 wt% to about 10 wt%, in other embodiments from about 0.2 wt% to about 5 wt%. Such acidic compounds are used in weight percent, and in yet other embodiments in the range of from about 0.3 weight percent to about 1 weight percent, and such amounts are relative to the amount of topcoat polymer in the composition. It is.
現像型又はフォトレジストポリマーを含む組成物である本発明の実施態様にここで言及すると、このような組成物は、適切な量の、上述にて論議した一又は複数のフォトレジスト又は現像型ポリマー、有機溶媒、光酸発生剤物質、場合によってはアミン物質、一又は複数の混和性のある添加剤の群(以下に詳細に記載)を含む。更に、幾つかの実施態様はポジティブに作用する(「ポジティブトーン」又は「ポジティブ型」)フォトレジスト組成物である。すなわち、基板に形成されたこのような組成物の層の像様露光後、形成されるパターンは、層の露光領域が除去された結果であるか、又は「現像(developed-out)」されて、基板上に層の非露光領域のみが残る結果となる。 Reference is now made to embodiments of the invention which are compositions comprising a developable or photoresist polymer, such compositions comprising an appropriate amount of one or more of the photoresists or developable polymers discussed above. An organic solvent, a photoacid generator material, optionally an amine material, and a group of one or more miscible additives (described in detail below). Further, some embodiments are photoresist compositions that act positively (“positive tone” or “positive type”). That is, after imagewise exposure of a layer of such composition formed on a substrate, the pattern formed is the result of removal of the exposed area of the layer or has been "developed-out". As a result, only the non-exposed areas of the layer remain on the substrate.
本発明のフォトレジスト組成物の実施態様に対する有利な溶媒は、基板上にこのような組成物のフィルムを塗布するのに適したポリマー並びに上述の任意の添加剤の溶液を提供する能力について選択される。単独であれその任意の組み合わせであれ、以下に列挙する例示的な溶媒の任意のもの、あるいは以下には列挙されていないが常套的な化学増幅レジストに使用されることが当業者に知られている一又は複数の溶媒は、本発明のフォトレジスト組成物の実施態様の範囲又は要旨に入る。 Preferred solvents for embodiments of the photoresist composition of the present invention are selected for their ability to provide a polymer suitable for coating a film of such composition on a substrate as well as a solution of any of the additives described above. The Those skilled in the art are aware that any of the exemplary solvents listed below, whether alone or in any combination thereof, or used in conventional chemically amplified resists not listed below. The solvent or solvents that fall within the scope or spirit of embodiments of the photoresist composition of the present invention.
溶媒の例は一般に有機溶媒であり、ケトン類、例えばアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン及び2-ヘプタノン;多価アルコール類及びその誘導体、例えばエチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル又はモノフェニルエーテル;環状エーテル類、例えばジオキサン;及びエステル類、例えば乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、及びエトキシプロピオン酸エチルが含まれる。上述したように、例示的溶媒は単独で、又は2又はそれ以上の異なる個々の溶媒を混合した溶媒として使用することができる。混合溶媒が使用される場合、一般にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートと乳酸エステルの混合溶媒が有利であることが見出されており、特にそれぞれ約8:2〜2:8(質量)混合比で使用される。 Examples of solvents are generally organic solvents such as ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone and 2-heptanone; polyhydric alcohols and derivatives thereof such as ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate. , Propylene glycol, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol, or monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether of dipropylene glycol monoacetate; cyclic ethers such as dioxane; and esters such as Methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate , Methyl methoxypropionate, and ethyl ethoxypropionate. As mentioned above, exemplary solvents can be used alone or as a mixture of two or more different individual solvents. When mixed solvents are used, it has been found that a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate and lactic acid ester is generally advantageous, especially when used in a mixing ratio of about 8: 2 to 2: 8 (mass), respectively. The
幾つかのフォトレジスト組成物の実施態様では、有機溶媒としてγ-ブチロラクトン(GBL)と共に、少なくとも一のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)と乳酸エチル(EL)の少なくとも一を含む混合溶媒が有利であることが見出されている。このような場合、このような混合溶媒の前者及び後者の成分の重量比は、約70:30〜約95:5である。PGMEAとELの双方が使用される場合、50:50〜約90:10の重量比が有用である。 In some photoresist composition embodiments, a mixed solvent comprising at least one of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and ethyl lactate (EL) with γ-butyrolactone (GBL) as the organic solvent is advantageous. It has been found to be. In such a case, the weight ratio of the former and latter components of such a mixed solvent is about 70:30 to about 95: 5. A weight ratio of 50:50 to about 90:10 is useful when both PGMEA and EL are used.
このようなポジティブ型レジスト組成物のこの現像性を実現にするために、光酸発生剤(PAG)成分が提供される。このような成分は、193nm(ArFエキシマレーザ)又は157nm(F2エキシマレーザ)にピーク波長を有する紫外線等の適切なエネルギー源に露光された際に酸を生成する。ついで、生じた酸により、樹脂の反復単位の幾つかの保護されたペンダント基が脱保護される結果、未露光領域内における溶解速度に対する、該露光領域内における溶解速度が増加する。有用なPAG成分は、従来から化学増幅レジストにおける光酸発生剤として使用されている任意の公知物質から適切に選択することができる。PAGの例には、限定されるものではないが、オニウム塩、例えば(4-メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、ビス(p-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、(4-メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、(p-tert-ブチルフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルホン酸塩、ビス(p-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロブタンスルホン酸塩、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホン酸塩、及びジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンリン酸塩が含まれる。 In order to realize this developability of such a positive resist composition, a photoacid generator (PAG) component is provided. Such components produce acid when exposed to a suitable energy source such as ultraviolet light having a peak wavelength at 193 nm (ArF excimer laser) or 157 nm (F 2 excimer laser). The resulting acid then deprotects some protected pendant groups of the resin's repeat units, resulting in an increase in the dissolution rate in the exposed area relative to the dissolution rate in the unexposed area. Useful PAG components can be appropriately selected from any known materials conventionally used as photoacid generators in chemically amplified resists. Examples of PAGs include, but are not limited to, onium salts such as (4-methoxyphenyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, bis (p-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, triphenyl Sulfonium trifluoromethanesulfonate, (4-methoxyphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, (p-tert-butylphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluorobutanesulfonate, bis (p- tert-butylphenyl) iodonium nonafluorobutanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate, and diphenyliodonium trifluoromethanephosphate.
本発明に係るフォトレジスト組成物の光酸発生剤成分は、単一のPAG、もしくは2又はそれ以上のPAGの組み合わせ物を利用することができることが理解される。更にある種のフォトレジスト組成物に導入されるこのようなPAG(類)の適切な量は、典型的には約0.5〜約30重量%であるが、他のこのような組成物では、約1〜約10重量%で使用される。一般に、PAG成分の量が約0.5重量%未満ならば、露光層における像形成に問題が生じ、一方その量が約30重量%を超えると、均質な溶液を達成することが困難になり、このような組成物の貯蔵安定性を悪化させる原因となりうる。 It is understood that the photoacid generator component of the photoresist composition according to the present invention can utilize a single PAG or a combination of two or more PAGs. Further, the appropriate amount of such PAG (s) introduced into certain photoresist compositions is typically about 0.5 to about 30% by weight, but with other such compositions About 1 to about 10% by weight. In general, if the amount of PAG component is less than about 0.5% by weight, there will be problems with imaging in the exposed layer, while if it exceeds about 30% by weight, it will be difficult to achieve a homogeneous solution. In such a case, the storage stability of such a composition may be deteriorated.
本発明の幾つかのフォトレジストの実施態様では、任意のアミン添加剤を使用することができる。このようなアミン添加剤により、時折、レジストパターンの形状、及びフォトレジスト層内における長期間にわたる安定性(レジスト層の像様露光により形成される潜像の露光後安定性)が改善されることが見出されている。一般に、低級脂肪族の第二級又は第三級アミンが添加される。低級脂肪族アミンとは、5以下の炭素原子のアルキルアミン又はアルキルアルコールアミンを意味する。例示的なアミン類には、限定されるものではないが、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンが含まれる。多くの場合、トリアルカノールアミン類が有利であることが見出されている。溶媒及びPAG類に関して分かるように、任意のアミン成分は、単一のアミン、又は2又はそれ以上のアミン類の任意の適切な組み合わせであってもよい。一般に、使用される場合、このような任意のアミン添加剤は、ある実施態様では約0.01〜5重量%の範囲で存在するが、他の実施態様では約0.01〜約2重量%の範囲であり、このような量はポリマーの量に対するものである。 Any amine additive may be used in some photoresist embodiments of the present invention. Such amine additives sometimes improve the shape of the resist pattern and the long-term stability in the photoresist layer (post-exposure stability of the latent image formed by imagewise exposure of the resist layer). Has been found. Generally, a lower aliphatic secondary or tertiary amine is added. Lower aliphatic amine means an alkylamine or alkylalcoholamine having 5 or less carbon atoms. Exemplary amines include, but are not limited to, trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tripentylamine, diethanolamine and triethanolamine. In many cases, trialkanolamines have been found to be advantageous. As can be seen with respect to solvents and PAGs, the optional amine component may be a single amine or any suitable combination of two or more amines. In general, when used, such optional amine additives are present in the range of about 0.01 to 5% by weight in some embodiments, but from about 0.01 to about 2% by weight in other embodiments. And such amounts are relative to the amount of polymer.
本発明の幾つかの実施態様では、他の任意の添加剤が使用される。このような任意の添加剤は全て混和性であり、必要に応じて選択されて組成物に含められる。すなわち、組成物又は得られる層のある種の特性が改善されるようになされる。例示的な任意の混和性添加剤には、限定されるものではないが、塗布の容易性を改善するための界面活性剤、溶解阻害剤、可塑剤、安定剤、着色剤及びハレーション防止剤が含まれる。 In some embodiments of the invention, other optional additives are used. All such optional additives are miscible and are selected as needed and included in the composition. That is, certain properties of the composition or the resulting layer are improved. Exemplary optional miscible additives include, but are not limited to, surfactants, dissolution inhibitors, plasticizers, stabilizers, colorants and antihalation agents to improve ease of application. included.
(液浸リソグラフィプロセス)
本発明に係る幾つかの液浸リソグラフィプロセスの実施態様では、半導体基板等の基板上に重層される現像層を形成するために、上述した現像型ポリマー組成物の実施態様(フォトレジスト組成物)が使用される。このような実施態様では、先ず、スピナーを使用して、フォトレジスト組成物を例えばシリコンウエハーのような基板表面に塗布し、第一の所望の厚みを有するフォトレジスト層を形成する。ついで、層を予備焼成し、所望するマスクパターンを通して例えばArFエキシマレーザ(193nm)を使用し、像様露光させる。露光後、層を露光後焼成(PEB)し、ついで冷却後、アルカリ現像液を使用して現像する。一般に、予備焼成は約70℃〜約140℃で約40〜約120秒で、幾つかの実施態様では、約60〜約90秒(sec)である。PEBは一般に予備焼成プロセスと同じか類似した時間及び温度で実施される。アルカリ現像液は、一般に水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)の0.1〜10重量%水溶液、典型的には0.26NのTMAH溶液である。このようにして、マスクパターンに忠実なレジストパターンが得られる。
(Immersion lithography process)
In some immersion lithography process embodiments according to the present invention, the development polymer composition embodiment described above (photoresist composition) is used to form a development layer that is overlaid on a substrate such as a semiconductor substrate. Is used. In such an embodiment, first, using a spinner, a photoresist composition is applied to a substrate surface, such as a silicon wafer, to form a photoresist layer having a first desired thickness. The layer is then pre-fired and imagewise exposed using, for example, an ArF excimer laser (193 nm) through the desired mask pattern. After exposure, the layer is post-exposure baked (PEB) and then cooled and developed using an alkaline developer. Generally, the precalcination is from about 70 ° C. to about 140 ° C. for about 40 to about 120 seconds, and in some embodiments, about 60 to about 90 seconds (sec). PEB is generally performed at the same time and temperature as the precalcination process. The alkaline developer is generally a 0.1-10 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), typically a 0.26N TMAH solution. In this way, a resist pattern faithful to the mask pattern can be obtained.
更に、ArFエキシマレーザは、本発明の現像型ポリマー組成物から形成されるフォトレジスト層の現像に有利であることが見出されているが、他のタイプの照射線も、パターン形成されたフォトレジスト層の形成に有効であることを記しておくべきである。例えば、365nm等のより長い波長、及びF2レーザ等で得られるより短い波長では、EUV(極紫外線)源、VUV(真空紫外線)源、電子ビーム、X線及び軟X線も、効果的に使用することができる。 In addition, although ArF excimer lasers have been found to be advantageous for developing photoresist layers formed from the developable polymer compositions of the present invention, other types of radiation can also be used for patterned photons. It should be noted that it is effective for forming a resist layer. For example, at longer wavelengths such as 365 nm and shorter wavelengths obtained with F 2 lasers etc., EUV (extreme ultraviolet) sources, VUV (vacuum ultraviolet) sources, electron beams, X-rays and soft X-rays are also effective. Can be used.
本発明の幾つかの現像プロセスの実施態様では、既に記載したトップコートポリマー組成物の実施態様を、フォトレジスト層が像様露光される前に、既に形成されたフォトレジスト層上に保護層を形成するために使用する。一般にこのような実施態様では、基板上にフォトレジスト層を形成し、そのような層を予備焼成した後、第二にスピナーを使用してトップコート組成物をフォトレジスト層上に塗布し、その上にトップコート層を形成させるもので、そのようなトップコート層は第二の所望の厚みを有する。トップコート層を塗布した後、フォトレジスト層に対して上述したものと同様にして予備焼成を行う。トップコート層を予備焼成させた後、既に記載したようにして、下層のフォトレジスト層を像様露光させた後、PEB及び現像を行う。有利には、本発明のトップコート層は、使用されるアルカリ現像水溶液に可溶性である。よって、このような溶液へさらすと、トップコート層が直ぐに除去されて、フォトレジスト層が現像液に完全に提示されることとなる。このようにして、別個のトップコート除去工程を必要とすることなく、マスクパターンに忠実なレジストパターンが得られる。本発明のトップコート層形成組成物は、任意の適切なフォトレジスト物質と共に使用するのに適していることを記しておくべきであり、ここで、適切なとは、保護層形成組成物と殆ど又は全く混合性を示さない物質を意味する。 In some development process embodiments of the present invention, the previously described topcoat polymer composition embodiments may be combined with a protective layer on the already formed photoresist layer before the photoresist layer is imagewise exposed. Used to form. Generally in such an embodiment, a photoresist layer is formed on the substrate, and after pre-baking such a layer, a topcoat composition is applied onto the photoresist layer using a spinner, and the A top coat layer is formed thereon, and such a top coat layer has a second desired thickness. After the topcoat layer is applied, preliminary baking is performed on the photoresist layer in the same manner as described above. After pre-baking the topcoat layer, the underlying photoresist layer is imagewise exposed as described above, followed by PEB and development. Advantageously, the topcoat layer of the present invention is soluble in the aqueous alkaline developer solution used. Thus, when exposed to such a solution, the topcoat layer is immediately removed and the photoresist layer is completely presented to the developer. In this way, a resist pattern faithful to the mask pattern can be obtained without requiring a separate top coat removing step. It should be noted that the topcoat layer forming composition of the present invention is suitable for use with any suitable photoresist material, where appropriate refers to the protective layer forming composition and most Or the substance which does not show mixing property at all.
それぞれを形成する際に上述したトップコート組成物及び/又はフォトレジスト組成物と共に使用されうるリソグラフィシステムの以下の記述は、半導体基板(ウエハー)上/内に形成される複数の集積回路(IC)を製造するという例示的意味で提供される。ICの例には、何千又は何百万のトランジスタ、ダイナミック、スタティック又はフラッシュメモリアレイ、又は任意の他の専用回路から作製される汎用マイクロプロセッサーが含まれる。しかしながら、当業者であれば、ここで記載した方法及び装置が、リソグラフィを使用して製造される任意の製品、例えばマイクロマシン、ディスクドライブヘッド、DNAチップ、マイクロマシン技術(MEMS)等の製造に応用可能であることが分かるであろう。 The following description of a lithographic system that can be used with the topcoat composition and / or photoresist composition described above in forming each includes a plurality of integrated circuits (ICs) formed on / in a semiconductor substrate (wafer). Is provided in the exemplary sense of manufacturing. Examples of ICs include general purpose microprocessors made from thousands or millions of transistors, dynamic, static or flash memory arrays, or any other dedicated circuitry. However, those skilled in the art can apply the methods and apparatus described herein to the manufacture of any product manufactured using lithography, such as micromachines, disk drive heads, DNA chips, micromachine technology (MEMS), etc. You will see that.
例示的なIC処理装置は、ウエハー又はウエハー領域にパターンを像形成させるのに使用される液浸リソグラフィ装置を含むことができる。フォトレジスト組成物又は現像層は、ウエハー上に重層される。例えば、リソグラフィ装置は、ステップアンドリピート露光装置又はステップアンドスキャン露光装置であってよいが、これらの例示的な装置に制限されるものではない。リソグラフィ装置は光源及びレンズアレイ又はマスクの方向に、ついで基板上の現像層に光エネルギーを方向付ける構造(しばしばレチクルと称される)を含み得る。光エネルギーは典型的には193nmの波長を有するが、他の波長、例えば157nm又は248nmもまた使用することができる。 Exemplary IC processing apparatus can include an immersion lithographic apparatus used to image a pattern on a wafer or wafer area. A photoresist composition or development layer is overlaid on the wafer. For example, the lithographic apparatus may be a step-and-repeat exposure apparatus or a step-and-scan exposure apparatus, but is not limited to these exemplary apparatuses. The lithographic apparatus can include a structure (often referred to as a reticle) that directs light energy in the direction of the light source and lens array or mask, and then to the development layer on the substrate. The light energy typically has a wavelength of 193 nm, although other wavelengths such as 157 nm or 248 nm can also be used.
マスクにより定まる光エネルギーパターンがウエハーに移されるように、マスクが光エネルギーを選択的にブロックする。現像サブシステム、例えばステッパ装置又はスキャナー装置は、マスクによって伝えられるエネルギーパターンをウエハー上の一連の所望位置に連続的に方向付ける。現像サブシステムは、エネルギーパターンをスケーリングして現像(又は露光)光エネルギーパターンの形態でウエハーに方向付けるのに使用される一連のレンズ及び/又はリフレクタを含みうる。 The mask selectively blocks light energy so that the light energy pattern defined by the mask is transferred to the wafer. A development subsystem, such as a stepper or scanner device, continuously directs the energy pattern conveyed by the mask to a series of desired locations on the wafer. The development subsystem may include a series of lenses and / or reflectors used to scale the energy pattern and direct it to the wafer in the form of a development (or exposure) light energy pattern.
現像パターン(又は露光パターン)は、一般に比較的高い屈折率(例えば、1より大きいが、現像層の屈折率より小さい屈折率)を有する浸漬媒体を通して現像サブシステムにより伝えられる。浸漬媒体は一般には液体である。一例では、193nmの光源(例えばアルゴンフッ素(ArF)レーザ)と共に精製脱イオン水が使用される。 The development pattern (or exposure pattern) is generally conveyed by the development subsystem through an immersion medium having a relatively high refractive index (eg, a refractive index greater than 1 but less than the refractive index of the development layer). The immersion medium is generally a liquid. In one example, purified deionized water is used with a 193 nm light source (eg, an argon fluorine (ArF) laser).
本発明に係るトップコート組成物の実施態様は、フォトレジスト現像層を覆うトップコート層を形成するのに使用することができる。このようなトップコート層は浸漬物質を受け入れ、そのような浸漬媒体やその成分が、下層の現像層へ進入するのを防止又は阻害する。このようにして、現像における悪影響を防止し又は少なくとも阻害することができる。このような悪影響は、上述した課題に起因する影響のことである。 Embodiments of the topcoat composition according to the present invention can be used to form a topcoat layer that covers the photoresist development layer. Such a topcoat layer accepts an immersion material and prevents or inhibits such immersion media and components thereof from entering the underlying development layer. In this way, adverse effects in development can be prevented or at least inhibited. Such an adverse effect is an effect caused by the above-described problem.
本発明に係るフォトレジスト組成物の実施態様は、基板を覆うフォトレジスト層を形成するのに使用することができる。このようなフォトレジスト層は、その疎水性が、浸漬媒体又はその成分の進入を防止又は阻害するのに十分に高いと考えられるので、有利には浸漬媒体を直接受け入れることができる。このようにして、現像における悪影響を防止し又は少なくとも阻害することができる。このような悪影響は、上述した問題に起因する影響のことである。本発明に係る幾つかの方法の実施態様では、本発明のフォトレジスト組成物の実施態様が、基板を覆うフォトレジスト層を形成するのに使用され、トップコート組成物の実施態様が、既に形成されたフォトレジスト現像層を覆うトップコート層を形成するのに使用される。 Embodiments of the photoresist composition according to the present invention can be used to form a photoresist layer covering a substrate. Such a photoresist layer is advantageously able to accept the immersion medium directly since its hydrophobicity is considered high enough to prevent or inhibit the penetration of the immersion medium or its components. In this way, adverse effects in development can be prevented or at least inhibited. Such an adverse effect is an effect caused by the above-described problem. In some method embodiments according to the present invention, the photoresist composition embodiment of the present invention is used to form a photoresist layer over a substrate, and the topcoat composition embodiment is already formed. Used to form a topcoat layer overlying the exposed photoresist development layer.
よって、本発明の幾つかの実施態様では、基板上に像を生じさせるためのプロセスは:(a)第一に、フォトレジスト組成物を基板上にコーティングしてその上に現像層を形成し;(b)第二に、本発明に係るトップコート組成物を基板上にコーティングして、現像層を覆うトップコート層を形成し;(c)適当な照射線でその基板及び被覆層を像様露光させ;(d)現像する、ことを含む。他の実施態様では、上述した第一のコーティングでは、本発明に係るフォトレジスト組成物を使用し、第二のコーティングを含まないが、更に他の実施態様では、第一のコーティング及び第二のコーティングの双方とも、本発明の適切な組成物を使用する。更に、上の工程(a)では、フォトレジスト組成物は、本質的に、層に形成されると、そのキャスタブル組成物を形成するのに使用される溶媒又はトップコートポリマーと本質的に相互作用しない任意の組成物とすることができることに留意されなければならない。 Thus, in some embodiments of the present invention, the process for producing an image on a substrate is: (a) First, a photoresist composition is coated on the substrate to form a developer layer thereon. (B) secondly, a topcoat composition according to the present invention is coated on a substrate to form a topcoat layer covering the development layer; (c) the substrate and the coating layer are imaged with appropriate irradiation rays; (D) developing. In another embodiment, the first coating described above uses a photoresist composition according to the present invention and does not include a second coating, but in yet another embodiment, the first coating and the second coating. Both coatings use a suitable composition of the present invention. Further, in step (a) above, the photoresist composition essentially interacts with the solvent or topcoat polymer used to form the castable composition once formed into a layer. It should be noted that any composition that does not.
上述したプロセスのそれぞれにおいて、第一のコーティングは、フォトレジスト組成物を含むフィルムで基板をコーティングすることを含む。適切な基板には、シリコン、セラミック、ポリマー等が含まれる。適切なフォトレジスト組成物は、本発明に係るもの、すなわち本発明のポリマー物質の実施態様を含む組成物、並びに他のフォトレジスト組成物とすることができる。第二のコーティングは、実施されるならば、本発明に係るトップコート組成物から形成されるフィルムを現像層にオーバーレイする。このようなトップコート層又はフィルムは、典型的には、フォトレジスト層の形成と同様な方法で形成される。像様露光には、適切な照射線に現像又はフォトレジスト層の選択した部分を暴露することを含む。最後に、現像は、形成されている場合がある任意のトップコート層を先ず除去し、像様露光によりつくられた像の現像を含む。本発明に係るトップコート組成物を使用して形成される任意のトップコート層は、典型的な現像層において像を現像するためにまた使用されるような塩基タイプの水性溶媒に可溶性であるため、本発明の実施態様では、トップコートの除去と現像の双方に同じ溶媒を利用することができる。幾つかの実施態様では、トップコートの除去及び現像の双方に、単一のプロセスを使用することができる。適切な溶媒には、塩基水溶液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム又はコリン等の、金属イオンを含まない水性塩基が含まれる。 In each of the processes described above, the first coating includes coating the substrate with a film that includes a photoresist composition. Suitable substrates include silicon, ceramic, polymer and the like. Suitable photoresist compositions can be those according to the present invention, ie, compositions comprising embodiments of the polymeric material of the present invention, as well as other photoresist compositions. The second coating, if implemented, overlays the film formed from the topcoat composition according to the present invention on the development layer. Such a topcoat layer or film is typically formed in a manner similar to the formation of the photoresist layer. Imagewise exposure includes exposing a selected portion of the development or photoresist layer to appropriate radiation. Finally, development involves developing the image created by imagewise exposure by first removing any topcoat layer that may have been formed. Because any topcoat layer formed using the topcoat composition according to the present invention is soluble in a base type aqueous solvent as also used to develop images in typical development layers. In embodiments of the present invention, the same solvent can be utilized for both topcoat removal and development. In some embodiments, a single process can be used for both topcoat removal and development. Suitable solvents include aqueous bases, such as aqueous bases free of metal ions, such as tetramethylammonium hydroxide or choline.
本発明はまた本発明の方法により製造された集積回路アセンブリ、例えば集積回路チップ、マルチチップモジュール、又は回路基板にも関する。集積回路アセンブリは、上述したコーティング、露光及び現像方法の何れかにより基板上に形成される回路を含む。 The invention also relates to an integrated circuit assembly, for example an integrated circuit chip, multichip module or circuit board, manufactured by the method of the invention. The integrated circuit assembly includes circuitry formed on the substrate by any of the coating, exposure and development methods described above.
基板を露光、現像及びエッチング処理した後、当該分野で公知の技術、例えば蒸着、スパッタリング、プレーティング、化学蒸着、又はレーザー誘起蒸着により、導電性金属等の導電性物質で基板をコーティングすることにより、露光領域に回路パターンを形成することができる。フィルムの表面を研磨して任意の過剰な導電性物質を除去することができる。また、回路の製造プロセスの間に、同様の技術により誘電物質を蒸着させてることもできる。p又はn型ドープ回路トランジスタの製造プロセスにおいて、無機イオン、例えばホウ素、リン又はヒ素を基板に注入することができる。回路を形成するための他の技術は当業者によく知られている。 After exposing, developing and etching the substrate, the substrate is coated with a conductive material such as a conductive metal by techniques known in the art, such as vapor deposition, sputtering, plating, chemical vapor deposition, or laser induced vapor deposition. A circuit pattern can be formed in the exposure region. The surface of the film can be polished to remove any excess conductive material. It is also possible to deposit a dielectric material by a similar technique during the circuit manufacturing process. In the process of manufacturing a p- or n-type doped circuit transistor, inorganic ions such as boron, phosphorus or arsenic can be implanted into the substrate. Other techniques for forming circuits are well known to those skilled in the art.
本発明に係る組成物を使用するフォトレジスト層及び/又はトップコート層は、公知のスピンコーティング技術又は任意の他の適切なコーティング法により形成することができる。トップコート組成物は任意のフォトレジスト現像層上に塗布して、このようなコーティング法によりその上を覆う層を形成することができる。本発明の実施態様である適切な組成物を使用して形成されるトップコート又は現像層の厚みは、一般に約10ナノメートル(nm)〜約300nmの範囲である。幾つかの実施態様では、約20nm〜約200nm、他の実施態様で約30nm〜160nmとすることができる。上述した範囲の何れかより大なる又は小なるトップコート及び現像の両層の他の厚みも有用であることが知見されており、よって本発明の範囲及び要旨に入ることを記しておくべきである。 The photoresist layer and / or topcoat layer using the composition according to the invention can be formed by known spin coating techniques or any other suitable coating method. The topcoat composition can be applied on any photoresist development layer to form a layer over it by such coating methods. The thickness of the topcoat or development layer formed using a suitable composition that is an embodiment of the present invention generally ranges from about 10 nanometers (nm) to about 300 nm. In some embodiments, it can be about 20 nm to about 200 nm, and in other embodiments about 30 nm to 160 nm. It should be noted that other thicknesses of both the topcoat and development layers, greater or smaller than any of the above ranges, have also been found useful, and thus fall within the scope and spirit of the present invention. is there.
典型的には、一度形成されれば、トップコート層は次の所望の特性の一又は複数を示す:1)水性塩基現像液(例えば0.26Nの水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH))への迅速な溶解;2)像様露光に使用される波長、例えば193nmでの高い透明性、及び/又は3)適切な屈折率、例えば193nmで約1.5の屈折率。第一の特性は、トップコート層が典型的なパターン形成プロセスフローに直ぐに組み込まれるように所望される。第二の特性は、トップコート層が現像層のリソグラフィ動作に干渉しないように所望される。第三の特性は、必要な場合、水が浸漬層として使用されるときにトップコート層が反射防止層として作用可能である場合に所望されうる。 Typically, once formed, the topcoat layer exhibits one or more of the following desired properties: 1) to an aqueous base developer (eg, 0.26N tetramethylammonium hydroxide (TMAH)). Fast dissolution; 2) high transparency at the wavelength used for imagewise exposure, eg 193 nm, and / or 3) a suitable refractive index, eg a refractive index of about 1.5 at 193 nm. The first property is desired so that the topcoat layer is immediately incorporated into a typical patterning process flow. The second property is desired so that the topcoat layer does not interfere with the lithographic operation of the development layer. A third property may be desired if necessary when the topcoat layer can act as an antireflective layer when water is used as the immersion layer.
現像層が本発明の組成物の実施態様から形成される場合、そのような層は、典型的には次の特性を示す:a)トップコート層が使用される場合、そのトップコート層よりも遅い速度での、水性塩基現像液(例えば0.26Nの水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH))中における層の非露光領域の限定された溶解;2)トップコート組成物を使用して被覆トップコート層を形成する場合、そのトップコート組成物の形成に使用される溶媒と殆ど又は全く相互作用がないこと;3)像様露光に使用される波長に対しての高い感度;3)ラインエッジラフネスが殆ど又は全くない約65nm以下の寸法の形状の解像能;及び4)反応性イオンエッチングプロセス等の後続プロセスに対する優れた耐性。 When a development layer is formed from an embodiment of the composition of the present invention, such a layer typically exhibits the following properties: a) when a topcoat layer is used, than the topcoat layer Limited dissolution of the unexposed areas of the layer in an aqueous base developer (eg, 0.26N tetramethylammonium hydroxide (TMAH)) at a slow rate; 2) a topcoat coated using the topcoat composition When forming a layer, there should be little or no interaction with the solvent used to form the topcoat composition; 3) high sensitivity to wavelengths used for imagewise exposure; 3) line edge roughness Resolution of shapes with dimensions of about 65 nm or less with little or no; and 4) Excellent resistance to subsequent processes such as reactive ion etching processes.
次の実施例は、重合とそこで使用されるモノマーの詳細な説明を含む。このような説明は、本発明の実施態様において使用されるポリマーを製造するために使用することができる。これらの実施例とそこに記載される材料は本発明の実施態様の範囲及び要旨に入るが、それらは例示目的のためだけに提供されるもので、その範囲及び要旨を限定することを意図したものではない。ここに提供される他の実施例は、本発明の実施態様であるポリマー及びポリマー組成物の特性に関する。このような特性は、本発明のポリマー設計の実施態様を実施可能にし、また本発明のポリマー及びポリマー組成物がここに記載される液浸リソグラフィプロセスに有用なことを実証するために興味深い。 The following examples include detailed descriptions of the polymerization and the monomers used therein. Such a description can be used to produce the polymers used in embodiments of the present invention. While these examples and the materials described therein fall within the scope and spirit of the embodiments of the present invention, they are provided for purposes of illustration only and are intended to limit the scope and spirit of the invention. It is not a thing. Other examples provided herein relate to the properties of polymers and polymer compositions that are embodiments of the present invention. Such properties are of interest to enable embodiments of the polymer design of the present invention and to demonstrate that the polymers and polymer compositions of the present invention are useful in the immersion lithography process described herein.
重合の実施例及び明細書に使用される場合、触媒及び共触媒に対するモノマーの比はモル比である。更に実施例において「スパージする」又は「スパージされた」なる用語が繰り返し使用されるが、かかる用語は、溶存酸素を除去するために液体に窒素ガスを通すことを意味すると理解されるであろう。また更に、実施例では、多くの頭字語又は略語が使用される。これらの実施例の理解を助けるために、次にこのような頭字語又は略語のリストをその完全な意味と共に以下に提供する:
酸NB:ビシクロ[2.2.1]ヘプタ-5-エン-2-カルボン酸
THF:テトラヒドロフラン
MeOH:メタノール
PGMEA:酢酸プロピレングリコールメチルエーテル
Mw:重量平均分子量
Mn:数平均分子量
PDI:多分散度(PDI=Mw/Mn)
1H-NMR:プロトン核磁気共鳴分光法
19F NMR:フッ素核磁気共鳴分光法
13C NMR:炭素核磁気共鳴分光法
Pd1206:ビス(トリイソプロピルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩
Pd1394:(アセトニトリル)ビス(t-ブチルジシクロヘキシルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペルフルオロフェニル)ホウ酸塩
LiFABA:テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・ジエチルエーテル錯体
DANFABA:N-ジメチルアニリン・テトラキス-(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩
As used in the polymerization examples and specifications, the ratio of monomer to catalyst and cocatalyst is a molar ratio. Further, although the term “sparged” or “sparged” will be used repeatedly in the examples, such terms will be understood to mean passing nitrogen gas through the liquid to remove dissolved oxygen. . Still further, in the examples, many acronyms or abbreviations are used. To assist in understanding these examples, a list of such acronyms or abbreviations is then provided below along with their full meanings:
Acid NB: Bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2-carboxylic acid THF: Tetrahydrofuran MeOH: Methanol PGMEA: Propylene glycol methyl ether acetate Mw: Weight average molecular weight Mn: Number average molecular weight PDI: Polydispersity ( (PDI = Mw / Mn)
1 H-NMR: proton nuclear magnetic resonance spectroscopy
19 F NMR: fluorine nuclear magnetic resonance spectroscopy
13 C NMR: carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy Pd1206: bis (triisopropylphosphine) palladium acetate-acetonitrile complex tetrakis (pentafluorophenyl) borate Pd1394: (acetonitrile) bis (t-butyldicyclohexylphosphine) palladium acetate-acetonitrile Complex ・ Tetrakis (perfluorophenyl) borate LiFABA : Tetrakis (pentafluorophenyl) lithium borate ・ Diethyl ether complex DANFABA : N-Dimethylaniline ・ Tetrakis- (pentafluorophenyl) borate
また、適切な頭字語又は略語と共に構造グループAA、BB及びCCに示す次のモノマー及びモノマー前駆物質構造も、実施例の理解を更に助けるために提供される。更に、グループBBのなかでPPVENBと表示されたモノマーは、デラウエア州ウィルミントンのDuPont FluoroIntermediatesから得たものであり、C10FAcNB、C8AcNB、C8GAcNB、C9BrAcNB、C10BrAcNB及びFHCNBと表示されたモノマーは、テキサス州ラウンドロックのExfluor Research Corporationから得たものであることに留意すべきである。
CA、SA及び溶解速度の測定を、2方式の手順の一方によって行った。各方式の各測定においては、対象のフィルムを基板上に形成し、報告する測定はそのフィルムについてである。適用可能であれば、実施例P4-P29では、測定方式1を使用し、他の実施例では測定方式2を使用した。 The measurement of CA, SA and dissolution rate was performed by one of two procedures. For each measurement of each type, the film of interest is formed on the substrate and the measurement reported is for that film. If applicable, measurement method 1 was used in Examples P4-P29, and measurement method 2 was used in the other examples.
測定方式1:(a)接触角:純水の3μLの水滴を、ウエハー上の3箇所の異なる位置に配し、各位置における水滴の接触角を、市販の接触角ゴニオメータ(Rame-Hart model #100-00)を使用して測定した。報告した値は、3回の測定の平均である;(b)転落角:水平位置(傾斜角=0)から基板の傾斜角を増大させることが可能な所有機器に位置決めした塗布基板上に50μLを分配した。水滴が滑り始める傾斜角を転落角とした。報告した値は、2回の測定の平均である;(c)溶解速度:対象のフィルムを、イソブタノールに溶解させた対象のポリマーの20%溶液から形成した。形成プロセスを調節して、約300nm±75nmの形成フィルムを得た。当初のフィルムの厚みと、コーシーパラメータA及びBを偏光解析法により測定した。ついで、サンプルを0.26Nの水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)に3秒間浸漬し、引き出し、脱イオン水でリンスし、ドライ窒素流を使用して乾燥させた。乾燥後、フィルムの厚みを再測定し、浸漬時間で割った厚みの変化として溶解速度を報告した。再測定時、基板においてフィルムが完全に除去された場合、>100nm/秒の溶解速度が報告された。 Measurement method 1: (a) Contact angle: 3 μL of pure water droplets were placed at three different positions on the wafer, and the contact angle of the water droplets at each position was measured using a commercially available contact angle goniometer (Rame-Hart model # 100-00). Reported values are the average of three measurements; (b) Fall angle: 50 μL on coated substrate positioned on proprietary equipment capable of increasing substrate tilt angle from horizontal position (tilt angle = 0) Distributed. The inclination angle at which the water droplet started to slip was defined as the falling angle. Reported values are the average of two measurements; (c) Dissolution rate: The film of interest was formed from a 20% solution of the polymer of interest dissolved in isobutanol. The forming process was adjusted to obtain a formed film of about 300 nm ± 75 nm. The initial film thickness and Cauchy parameters A and B were measured by ellipsometry. The sample was then dipped in 0.26N tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 3 seconds, drawn, rinsed with deionized water, and dried using a stream of dry nitrogen. After drying, the film thickness was measured again and the dissolution rate was reported as the change in thickness divided by the immersion time. Upon remeasurement, a dissolution rate of> 100 nm / sec was reported if the film was completely removed on the substrate.
測定方式2:(a)接触角:約140nmの厚みを有するフィルムを形成した。温度約25℃、相対湿度50%の環境において、「Drop Master 700」(Kyowa Interface Science Co., Ltd.)を使用し、2μLの純水をフィルム上に滴下した;(b)転落角の測定。転がり角又は転落角を、次のようにして測定した:保護フィルム形成物質をシリコンウエハーに塗布し、そこに140nmの厚みを有する保護フィルムを形成した。温度約25℃、湿度約50%の環境において、「Drop Master 700」(Kyowa Interface Science Co., Ltd.)を使用し、1°/秒の傾斜速度で、50μlの純水を基板上に滴下した;(c)現像液中の溶解速度(溶解度)を、次のようにして測定した:保護フィルム形成物質をシリコンウエハーに塗布し、そこに350nmの厚みを有する保護フィルムを形成した。「RDA-800」(Litho Tech Japan Co., Ltd.)を使用し、基板を、2.38重量%のTMAH水溶液(23.5℃)に120秒、接触させた。耐水性を次のようにして測定した:保護フィルム形成物質をシリコンウエハー上に塗布し、そこに140nmの厚みを有する保護フィルムを形成した。「D-SPIN8」(Dainippon Screen MFG Co., Ltd.)を使用し、基板を、純水(23.5℃)に120秒、接触させた。 Measurement method 2: (a) Contact angle: A film having a thickness of about 140 nm was formed. Using “Drop Master 700” (Kyowa Interface Science Co., Ltd.) in an environment with a temperature of about 25 ° C. and a relative humidity of 50%, 2 μL of pure water was dropped on the film; . The rolling angle or sliding angle was measured as follows: A protective film forming material was applied to a silicon wafer to form a protective film having a thickness of 140 nm. Using “Drop Master 700” (Kyowa Interface Science Co., Ltd.) in an environment with a temperature of about 25 ° C. and a humidity of about 50%, 50 μl of pure water was dropped onto the substrate at an inclination rate of 1 ° / second. (C) The dissolution rate (solubility) in the developer was measured as follows: a protective film-forming substance was applied to a silicon wafer to form a protective film having a thickness of 350 nm. Using “RDA-800” (Litho Tech Japan Co., Ltd.), the substrate was brought into contact with a 2.38 wt% TMAH aqueous solution (23.5 ° C.) for 120 seconds. The water resistance was measured as follows: A protective film forming material was applied on a silicon wafer to form a protective film having a thickness of 140 nm. Using “D-SPIN8” (Dainippon Screen MFG Co., Ltd.), the substrate was brought into contact with pure water (23.5 ° C.) for 120 seconds.
光学密度(OD)の測定。典型的には酢酸プロピレングリコールメチルエーテル(PGMEA)中の、所望ポリマーの約15重量%溶液を用い、1インチの石英ウエハーをスピンコーティングすることによりサンプルを調製した。ホットプレートで130℃にて60秒、サンプルを焼成した後、放置して冷却し、それぞれの光学的吸収を、Cary 400 Scan UV-Vis分光光度計を使用して193nmで測定した。ブランクの石英ウエハーを参照ビームに使用した。各サンプルのフィルムの厚みを測定するために、フィルムの一部を石英ウエハーから取り除き、Tencor表面形状測定装置を使用して厚みを測定した。吸光度/厚み(ミクロン単位)として光学密度を算出した。全てのOD測定が、目に見える像劣化もなく、下層のフォトレジスト層の露光を可能にするのに十分に低い値を与えたことに留意されるべきである。 Measurement of optical density (OD). Samples were prepared by spin coating a 1 inch quartz wafer with an approximately 15 wt% solution of the desired polymer, typically in propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA). Samples were baked on a hot plate at 130 ° C. for 60 seconds and then allowed to cool and their respective optical absorption was measured at 193 nm using a Cary 400 Scan UV-Vis spectrophotometer. A blank quartz wafer was used for the reference beam. In order to measure the film thickness of each sample, a part of the film was removed from the quartz wafer, and the thickness was measured using a Tencor surface shape measuring device. The optical density was calculated as absorbance / thickness (in microns). It should be noted that all OD measurements gave values sufficiently low to allow exposure of the underlying photoresist layer without visible image degradation.
モノマー合成の実施例
実施例MS1 secPrHFAEsNB
ジシクロペンタジエン(60g、0.45mol)を、短経路蒸留ヘッドを具備した200mLの丸底フラスコに入れた。フラスコを加熱し、30−32℃で、シクロペンタジエンの蒸留留分を集めた。窒素雰囲気に維持した別の500mLの三口丸底フラスコに、アクリル酸4,4,4-トリフルオロ-3-ヒドロキシ-1-メチル-3-トリフルオロメチル-1-ブチルエステル(50g、0.18mol)及びトルエン(125mL)を入れた。別に、蒸留により得られたシクロペンタジエン(22−23mL、0.28mol)を、ゴム製隔膜を通してシリンジにより添加した。この添加後、フラスコとその内容物を約35℃まで加熱し、反応混合物のガスクロマトグラフィー(GC)分析により、出発物質が完全に転換されたことが示されるまで、約19時間、その温度に維持した。ロータリエバポレータを使用してトルエン中の生成物を濃縮し、短経路蒸留ヘッドを使用し、減圧下で蒸留したところ、約65−70℃の間/170mmHgで、secPrHFAEsNBモノマー生成物が得られた。GCで定量した99%純粋なモノマーの収率は約95%であった。構造を1H-NMR分析を使用して確認した。
Example of monomer synthesis Example MS1 secPrHFAEsNB
Dicyclopentadiene (60 g, 0.45 mol) was placed in a 200 mL round bottom flask equipped with a short path distillation head. The flask was heated and a cyclopentadiene distillate was collected at 30-32 ° C. In a separate 500 mL three-necked round bottom flask maintained in a nitrogen atmosphere was added acrylic acid 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-1-methyl-3-trifluoromethyl-1-butyl ester (50 g, 0.18 mol). ) And toluene (125 mL). Separately, cyclopentadiene (22-23 mL, 0.28 mol) obtained by distillation was added by syringe through a rubber septum. After this addition, the flask and its contents are heated to about 35 ° C. and the temperature is allowed to reach that temperature for about 19 hours until gas chromatography (GC) analysis of the reaction mixture shows complete conversion of the starting material. Maintained. Concentration of the product in toluene using a rotary evaporator and distillation under reduced pressure using a short path distillation head yielded a secPrHFAEsNB monomer product between about 65-70 ° C./170 mmHg. The yield of 99% pure monomer determined by GC was about 95%. The structure was confirmed using 1 H-NMR analysis.
実施例MS2 TFSCH2NB
ノルボルネンエチルアミン(NBCH2CH2NH2)を、メタノールに入れた水酸化ナトリウムの存在下、ニトロメタンと5-ノルボルネン-2-カルボキシアルデヒド(NBC(O)H)を先ず反応させ、続いて水素化アルミニウムリチウムを用い、ニトロエチルペンダント基を選択的に還元することにより、得た。この合成法は、Kas'yanら、 Russ. J. Org. Chem. 2002、38(1)、29-35により報告されている。ノルボルネンエチルアミンを、トリエチルアミンの存在下、トリフルオロメタンスルホン酸無水物と反応させて、標的モノマーTFSCH2NBを生成した。
Example MS2 TFSCH 2 NB
Norbornene ethylamine (NBCH 2 CH 2 NH 2 ) is first reacted with nitromethane and 5-norbornene-2-carboxaldehyde (NBC (O) H) in the presence of sodium hydroxide in methanol, followed by aluminum hydride. Obtained by selective reduction of the nitroethyl pendant group with lithium. This synthetic method is reported by Kas'yan et al., Russ. J. Org. Chem. 2002, 38 (1), 29-35. Norbornene ethylamine was reacted with trifluoromethanesulfonic anhydride in the presence of triethylamine to produce the target monomer TFSCH 2 NB.
実施例MS3 NBXOCH3及びMS4 NBCH2OC3H7
表Aに示す量の水素化ナトリウムの60%分散液を、無水THF(150mL)と混合し、氷浴で冷却した。窒素雰囲気下、表Aに示すXを攪拌した懸濁液にゆっくりと(30分)添加した。
A 60% dispersion of sodium hydride in the amount shown in Table A was mixed with anhydrous THF (150 mL) and cooled in an ice bath. Under a nitrogen atmosphere, X shown in Table A was added slowly (30 minutes) to the stirred suspension.
この混合物をY時間、60−65℃で還流し、Zを添加し、表Aに示した時間、加熱を続けた。反応混合物を濾過した。表Aに示した溶媒を濾液に添加し、表Aに示したように、水、10%硫酸及び再度水で洗浄した。有機層を、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濃縮した。粗生成物の減圧蒸留により、表Aに示す%の標的化合物が得られた。 The mixture was refluxed for Y hours at 60-65 ° C., Z was added and heating was continued for the times shown in Table A. The reaction mixture was filtered. The solvents shown in Table A were added to the filtrate and washed with water, 10% sulfuric acid and water again as shown in Table A. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate and concentrated. The crude product was distilled under reduced pressure to give the% target compounds shown in Table A.
実施例MS5 NBHFAEsNB
トリフルオロ酢酸(117g、1.02mol)を、トルエン(240mL)にHFANB(140g、0.511mol)が入った溶液に添加した。ついで窒素雰囲気下、室温で、混合物を20時間攪拌し、その後、過剰なトルエンで希釈し、トルエン溶液を水(250mL)及び塩水(300mL)で洗浄した。有機層を、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、濃縮した。粗生成物を減圧濾過して精製したところ、175gの中間HFANBOCOCF3が得られた。
Example MS5 NBHFAEsNB
Trifluoroacetic acid (117 g, 1.02 mol) was added to a solution of HFANB (140 g, 0.511 mol) in toluene (240 mL). The mixture was then stirred for 20 hours at room temperature under a nitrogen atmosphere, after which it was diluted with excess toluene and the toluene solution was washed with water (250 mL) and brine (300 mL). The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered and concentrated. The crude product was purified by vacuum filtration, yielding 175 g of intermediate HFANBOCOCF 3 .
上で得られたHFANBOCOCF3(175g、0.450mol)を、水(750mL)、メタノール(300mL)及び水酸化ナトリウム(30g、0.75mol)と混合し、ついで、室温で1.5時間攪拌した。塩酸溶液(10%)を添加して、1〜2のpHの溶液にしたところ、二層への分離が観察された。第一の有機層(下層)を除去し、上の水層をトルエン(2x300mL)で洗浄し、得られたトルエン層を第一の有機層と混合し、これらの混合層を、ついで、水(300mL)及び10%塩化ナトリウム(300mL)で洗浄し、分離させ、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。トルエンを除去したところ、140gの粗HFANBOHが得られた。 HFANBOCOCF 3 obtained above (175 g, 0.450 mol) was mixed with water (750 mL), methanol (300 mL) and sodium hydroxide (30 g, 0.75 mol) and then stirred at room temperature for 1.5 hours. . Hydrochloric acid solution (10%) was added to make a solution with a pH of 1-2 and separation into two layers was observed. The first organic layer (lower layer) is removed, the upper aqueous layer is washed with toluene (2 × 300 mL), the resulting toluene layer is mixed with the first organic layer, these mixed layers are then washed with water ( (300 mL) and 10% sodium chloride (300 mL), separated and dried over anhydrous magnesium sulfate. When toluene was removed, 140 g of crude HFNBOH was obtained.
上で得られたHFANBOH(50g、0.17mol)を、300mLの無水THFに溶解させ、氷浴で冷却した。窒素雰囲気下、シリンジを使用し、ゴム製隔膜を通して、n-ブチルリチウム(ヘキサンに160mLの2.5M溶液、0.4mol)を添加した。5時間攪拌しつつ、溶液の温度を放置して室温にした。ついで、溶液を、攪拌しながら0-5℃まで冷却し、50mLの無水THFに溶解させた塩化アクリリル(18.1g、0.2mol)を、攪拌し続けながら添加した。塩化アクリリルの添加が完了した後、溶液を放置して室温にし、一晩攪拌し続けた。次に、5%の塩酸溶液を使用し、反応混合物をpH約4に酸性化した。二層が形成され、有機層を分離し、ロータリーエバポレータを使用して濃縮し、ついでジエチルエーテル(300mL)に溶解させた。エーテル溶液を水(2x200mL)及び塩水(2x200mL)で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濃縮した。減圧下、生成物(HFANBOCOCHCH2)を蒸留により精製した。 HFNBOH (50 g, 0.17 mol) obtained above was dissolved in 300 mL anhydrous THF and cooled in an ice bath. Under a nitrogen atmosphere, a syringe was used and n-butyllithium (160 mL of a 2.5 M solution in hexane, 0.4 mol) was added through a rubber septum. The solution was allowed to come to room temperature while stirring for 5 hours. The solution was then cooled to 0-5 ° C. with stirring and acrylyl chloride (18.1 g, 0.2 mol) dissolved in 50 mL anhydrous THF was added with continued stirring. After the acrylyl chloride addition was complete, the solution was allowed to come to room temperature and kept stirring overnight. The reaction mixture was then acidified to pH˜4 using 5% hydrochloric acid solution. Two layers were formed and the organic layer was separated and concentrated using a rotary evaporator and then dissolved in diethyl ether (300 mL). The ether solution was washed with water (2 × 200 mL) and brine (2 × 200 mL), dried over anhydrous magnesium sulfate and concentrated. The product (HFANBOCOCHCH 2 ) was purified by distillation under reduced pressure.
上で得られたHFANBOCOCHCH2(28.0g、0.081mol)を、100gのトルエンに溶解させた。シクロペンタジエン(16.0g、0.24mol)を溶液に添加し、窒素雰囲気下、室温で16時間攪拌した。50−60℃でロータリーエバポレータでトルエンを除去し、真空下、粗生成物を1.5−2時間40−60℃まで加熱した。最終生成物のNBHFAEsNBを、シリカゲルを使用するカラムクロマトグラフィーにより精製した。 HFANBOCOCHCH 2 (28.0 g, 0.081 mol) obtained above was dissolved in 100 g of toluene. Cyclopentadiene (16.0 g, 0.24 mol) was added to the solution and stirred at room temperature for 16 hours under a nitrogen atmosphere. Toluene was removed on a rotary evaporator at 50-60 ° C and the crude product was heated to 40-60 ° C under vacuum for 1.5-2 hours. The final product, NBHFAEsNB, was purified by column chromatography using silica gel.
次の2つの実施例は、モノマー合成に対する、全体が又は一部が予想の実施例である。すなわち、以下に提供される特定の手順の幾つか又は全てがまだ実施されていないが、本発明者等は、提案したよく知られた化学プロセスにより、示された結果が達成されると信じている。 The next two examples are fully or partially anticipated examples for monomer synthesis. That is, although some or all of the specific procedures provided below have not yet been performed, we believe that the proposed results will be achieved by well-known chemical processes. Yes.
モノマー合成の予想実施例
実施例MS1p TFSnPrNB
NBCH2CH2CH2Brをディールスアルダー反応により得、公知の化学反応を使用してNBCH2CH2CH2CNに転換させる。つぎに、得られたニトリルを水素化アルミニウムリチウムを用いて化学的に還元してアミドを生成させ、ついでトリフルオロメタンスルホン酸無水物で処理して標的化合物を得る。
Expected Examples of Monomer Synthesis Example MS1p TFSnPrNB
NBCH 2 CH 2 CH 2 Br is obtained by Diels-Alder reaction and converted to NBCH 2 CH 2 CH 2 CN using known chemical reactions. Next, the obtained nitrile is chemically reduced using lithium aluminum hydride to produce an amide, and then treated with trifluoromethanesulfonic anhydride to obtain the target compound.
実施例MS2p TFSsecPrNB
この合成法の一部は、元の文献の報告:Kas'yanら、in Russian Journal of Organic Chemistry 2002、38(1)、29-35を修正したものである。水酸化ナトリウム(29.5g、0.738mol)を脱イオン水(75g)に溶解させ、氷浴で冷却した。ノルボルネンカルボキシアルデヒド(50.0g、0.410mol)、ニトロエタン(32.3g、0.431mol)及びメタノール(300mL)を1Lの三口丸底フラスコに配し、氷冷水/塩浴にて、約−5℃から−10℃に冷却した。温度を−5℃以下に保持しつつ、冷水酸化ナトリウム水溶液をこのフラスコに滴下した。2時間で溶液を室温にし、室温で15時間攪拌し続けた。生じた白色固形物を、部分的に氷冷水(500mL)に溶解させた。この懸濁液を20%の塩酸溶液(600mL)に添加し、塩化メチレン(2x300mL)で抽出した。塩化メチレン抽出物を塩水(2x250mL)で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過して濃縮した。粗生成物を減圧蒸留することで、標的化合物(NBCH=C(CH3)NO2)を47%の収率で得た。
Example MS2p TFSsecPrNB
Part of this synthesis is a modification of the original literature report: Kas'yan et al., In Russian Journal of Organic Chemistry 2002, 38 (1), 29-35. Sodium hydroxide (29.5 g, 0.738 mol) was dissolved in deionized water (75 g) and cooled in an ice bath. Norbornene carboxaldehyde (50.0 g, 0.410 mol), nitroethane (32.3 g, 0.431 mol) and methanol (300 mL) were placed in a 1 L three-necked round bottom flask and about −5 in an ice-cold water / salt bath. It cooled from -10 degreeC to -10 degreeC. While maintaining the temperature at −5 ° C. or lower, a cold aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to the flask. The solution was brought to room temperature in 2 hours and continued to stir at room temperature for 15 hours. The resulting white solid was partially dissolved in ice cold water (500 mL). This suspension was added to a 20% hydrochloric acid solution (600 mL) and extracted with methylene chloride (2 × 300 mL). The methylene chloride extract was washed with brine (2 × 250 mL), dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered and concentrated. The crude product was distilled under reduced pressure to obtain the target compound (NBCH = C (CH 3 ) NO 2 ) in a yield of 47%.
ニトロ化合物(NBCH=C(CH3)NO2)は、水素化アルミニウムリチウムにより選択的に還元されて、対応するアミンのNBCH2CH(CH3)NH2が生じると考えられる。更に、トリエチルアミン塩基の存在下、トリフルオロメタンスルホン酸塩化物又はトリフルオロメタンスルホン酸無水物と反応させることにより、スルホンアミド生成物(TFSsecPrNB)に誘導されると考えられる。 The nitro compound (NBCH = C (CH 3 ) NO 2 ) is thought to be selectively reduced by lithium aluminum hydride to yield the corresponding amine NBCH 2 CH (CH 3 ) NH 2 . Furthermore, it is thought that it is induced | guided | derived to a sulfonamide product (TFSsecPrNB) by making it react with a trifluoromethanesulfonic acid chloride or a trifluoromethanesulfonic acid anhydride in presence of a triethylamine base.
実施例P1;P2及びP3
TFSNB、及びHFANB、FPCNB又はC8AcNBのポリマー
これらの実施例の変数を表Bに示す。攪拌機を具備するガラス反応容器に、TFSNBトルエン;酢酸エチル;及びHFANB、FPCNB、又はC8AcNBの一つを添加した。混合物をスパージし、乾燥ボックスに配し、そこに固体状のDANFABA及びトリエチルシランが添加された。反応容器を乾燥ボックスから取り出し、スパージされた氷酢酸を添加した。ついで、混合物を100℃まで加熱した後、酢酸エチルに入れたPd-1206を添加した。示された時間攪拌しつつ、混合物を100℃に維持した後、放置して室温まで冷却した。全固形物量は、本質的にモノマーの100%の転換が生じたことを示していた。各反応混合物を精製し、残留モノマー及び触媒を除去した。得られた分析データを以下の表に示す。
TFSNB and HFANB, FPCNB or C8AcNB polymers The variables for these examples are shown in Table B. To a glass reaction vessel equipped with a stirrer, TFSNB toluene; ethyl acetate; and one of HFANB, FPCNB, or C8AcNB was added. The mixture was sparged and placed in a drying box where solid DANFABA and triethylsilane were added. The reaction vessel was removed from the drying box and sparged glacial acetic acid was added. The mixture was then heated to 100 ° C. and Pd-1206 in ethyl acetate was added. The mixture was maintained at 100 ° C. with stirring for the indicated time and then allowed to cool to room temperature. Total solids showed essentially 100% conversion of the monomer. Each reaction mixture was purified to remove residual monomer and catalyst. The analytical data obtained are shown in the following table.
実施例P4及びP5
secPrHFAEsNB及びTFSCH2NBのホモポリマー
これらの実施例P4及びP5の変数を表Cに示す。実施例P4において、secPrHFAEsNBモノマーと無水トルエン(30mL)を100mLのクリンプキャップ式バイアル内で混合し、10分間、窒素をパージし、シールした。バイアルをドライボックスに移動させ、シールを解き、Pd-1394、LiFABA及びトリエチルシランを添加し、バイアルを再シールした。ついで氷酢酸をシリンジにより添加した。反応混合物を、油浴中、90℃で約23時間加熱したところ、透明な黄色の液体が得られた。残留モノマー及び触媒を除去する精製後、ヘキサン類を使用して反応混合物を沈殿させ、90℃で減圧乾燥させた。
Examples P4 and P5
Homopolymers of secPrHFAEsNB and TFSCH 2 NB The variables for these Examples P4 and P5 are shown in Table C. In Example P4, secPrHFAEsNB monomer and anhydrous toluene (30 mL) were mixed in a 100 mL crimp cap vial and purged with nitrogen for 10 minutes and sealed. The vial was moved to the dry box, the seal was broken, Pd-1394, LiFABA and triethylsilane were added and the vial resealed. Glacial acetic acid was then added by syringe. The reaction mixture was heated in an oil bath at 90 ° C. for about 23 hours, resulting in a clear yellow liquid. After purification to remove residual monomer and catalyst, the reaction mixture was precipitated using hexanes and dried at 90 ° C. under reduced pressure.
実施例P5では、TFSCH2NB、トルエン、及び酢酸エチルを、攪拌機を具備するガラス反応容器に添加した。混合物をスパージし、ついでドライボックスに配し、固体状のDANFABA、Pd-1206及びトリエチルシランを添加した。反応容器をドライボックスから取り出し、スパージされた氷酢酸を添加した。混合物を17.5時間、100℃で加熱し、ついで、放置して室温まで冷却し、その後、残留モノマーと触媒を除去するために精製した。得られた分析データを以下の表に示す。
実施例P6;P7及びP8
実施例P6、P7及びP8の変数を表Dに示す。P6及びP7においては、攪拌機を具備するガラス反応容器に、TFSNB、HFANB、トルエン及び酢酸エチルを添加し、スパージし、ドライボックスに移動させた。実施例P8においては、TFSNB、HFANB、トルエン及び酢酸エチルをドライボックスで添加した。固体状のDANFABA、Pd-1206及びトリエチルシランを反応容器に添加し、反応容器をシールし、ドライボックスから取り出した。スパージされた氷酢酸を反応混合物に添加し、その後、表Dに示した時間、攪拌しつつ、100℃にした。反応混合物を放置して、室温まで冷却した。反応混合物の全固形物量の定量は、本質的にモノマーの100%転換が生じたことを示していた。反応混合物を精製して、残留モノマー及び触媒を除去した。P8においては、精製は、ヘキサンからのポリマーの沈殿を含み、沈殿物を濾過によって収集し、90℃で減圧乾燥させた。得られた分析データを表に示す。
The variables of Examples P6, P7 and P8 are shown in Table D. In P6 and P7, TFSNB, HFANB, toluene and ethyl acetate were added to a glass reaction vessel equipped with a stirrer, sparged, and moved to a dry box. In Example P8, TFSNB, HFANB, toluene and ethyl acetate were added in a dry box. Solid DANFABA, Pd-1206 and triethylsilane were added to the reaction vessel, the reaction vessel was sealed and removed from the dry box. Sparged glacial acetic acid was added to the reaction mixture and then brought to 100 ° C. with stirring for the time indicated in Table D. The reaction mixture was left to cool to room temperature. Quantification of the total solids content of the reaction mixture showed that essentially 100% conversion of the monomer occurred. The reaction mixture was purified to remove residual monomer and catalyst. In P8, the purification involved the precipitation of the polymer from hexane, the precipitate was collected by filtration and dried in vacuo at 90 ° C. The obtained analytical data is shown in the table.
実施例P9;P10及びP11
TFSNB及びBuNB、C8AcNB及びsecPrHFAEsNBのポリマー
実施例P9、P10及びP11の変数を表Eに示す。P10及びP11においては、攪拌機を具備するガラス反応容器に、TFSNB、トルエン、酢酸エチル、及びC8AcNB又はsecPrHFAEsNBの一つを添加し、混合物をスパージし、その後、反応容器をドライボックスに配した。P9においては、TFSNB、BuNB、トルエン及び酢酸エチルを添加する前に、反応容器をドライボックスに配した。攪拌しつつ、ドライボックスに、トリエチルシラン;Pd-1206;及びDANFABAを添加し、反応容器にキャップをし、ドライボックスから取り出した。スパージされた氷酢酸を添加し、表に示した長さの時間、混合物を100℃まで加熱し、ついで放置して、室温まで冷却した。反応混合物をヘキサン中に添加して沈殿させ、90℃で減圧乾燥させてポリマーを収集した。得られた分析データを表に示す。
Polymers of TFSNB and BuNB, C8AcNB and secPrHFAEsNB The variables of Examples P9, P10 and P11 are shown in Table E. In P10 and P11, TFSNB, toluene, ethyl acetate, and one of C8AcNB or secPrHFAEsNB were added to a glass reaction vessel equipped with a stirrer, the mixture was sparged, and then the reaction vessel was placed in a dry box. In P9, the reaction vessel was placed in a dry box before adding TFSNB, BuNB, toluene and ethyl acetate. While stirring, triethylsilane; Pd-1206; and DANFABA were added to the dry box, and the reaction vessel was capped and removed from the dry box. Sparged glacial acetic acid was added and the mixture was heated to 100 ° C. for the length of time indicated in the table, then allowed to cool to room temperature. The reaction mixture was added into hexane to precipitate, and the polymer was collected by drying at 90 ° C. under reduced pressure. The obtained analytical data is shown in the table.
実施例P12;P13及びP14
TFSNB及びsecPrHFAEsNB、C9BrAcNB又はC10BrAcNBのポリマー
実施例P12、P13及びP14の変数を表Fに示す。P13及びP14においては、攪拌機を具備するガラス反応容器をドライボックスに配し、TFSNB、トルエン、酢酸エチル、及びC9BrAcNB又はC10BrAcNBの一つを添加した。P12においては、TFSNB、secPrHFAEsNB、トルエン、及び酢酸エチルをガラス反応容器に添加し、混合物をスパージし、ついでドライボックスに配した。P12、P13及びP14のそれぞれにおいて、DANFABA、Pd-1206及びトリエチルシランを反応容器に添加し、反応容器をシールし、乾燥ボックスから取り出した。ついでスパージされた氷酢酸を添加し、表に示した長さの時間、攪拌しながら混合物を100℃まで加熱し、その後放置して、室温まで冷却した。反応混合物を精製して、残留モノマー及び触媒を除去した。反応混合物を、P13においてはヘプタン、P14においてはヘキサンに添加し、得られた沈殿物を収集し、乾燥させた。得られた分析データを表に示す。
Polymers of TFSNB and secPrHFAEsNB, C9BrAcNB or C10BrAcNB The variables of Examples P12, P13 and P14 are shown in Table F. In P13 and P14, a glass reaction vessel equipped with a stirrer was placed in a dry box, and TFSNB, toluene, ethyl acetate, and one of C9BrAcNB or C10BrAcNB were added. At P12, TFSNB, secPrHFAEsNB, toluene, and ethyl acetate were added to a glass reaction vessel, the mixture was sparged and then placed in a dry box. In each of P12, P13, and P14, DANFABA, Pd-1206, and triethylsilane were added to the reaction vessel, and the reaction vessel was sealed and removed from the drying box. The sparged glacial acetic acid was then added and the mixture was heated to 100 ° C. with stirring for the length of time indicated in the table, then allowed to cool to room temperature. The reaction mixture was purified to remove residual monomer and catalyst. The reaction mixture was added to heptane at P13 and hexane at P14, and the resulting precipitate was collected and dried. The obtained analytical data is shown in the table.
実施例P15;P16及びP17
TFSNB及びC8GAcNB、C10GAcNB又はiボルニルEsNBのポリマー
実施例P15、P16及びP17の変数を表Gに示す。ドライボックスにおいて;TFSNB;トリエチルシラン;トルエン;酢酸エチル;Pd-1206;DANFABA、及びC8GAcNB、C10GAcNB又はiボルニルEsNBの一つを、攪拌機を具備するガラス反応容器に添加した。反応容器にキャップをかぶせ、ドライボックスから取り出した。窒素がスパージされた氷酢酸を添加し、表に示した長さの時間、混合物を100℃まで加熱し、その後放置して、室温まで冷却した。精製して残留モノマーと触媒を除去した後、反応混合物をヘプタンに添加し、沈殿させ、沈殿物を収集し、90℃で減圧乾燥させた。得られた分析データを表に示す。P15及びP16ポリマーの精製及び分離中、幾らかの量の5-ノルボルネン-2-メタノールが、対応する酢酸ノルボルネンから生成され、P17ポリマーにおいては、同様に、幾らかの量のカルボン酸ノルボルネンがノルボルネンエステルから生成される。これらの量は、以下の表に示すモル比において、最後の数として与える。
Polymers of TFSNB and C8GAcNB, C10GAcNB or ibornyl EsNB The variables of Examples P15, P16 and P17 are shown in Table G. In a dry box; TFSNB; triethylsilane; toluene; ethyl acetate; Pd-1206; DANFABA and one of C8GAcNB, C10GAcNB or ibornyl EsNB was added to a glass reaction vessel equipped with a stirrer. The reaction vessel was capped and removed from the dry box. Nitrogen sparged glacial acetic acid was added and the mixture was heated to 100 ° C. for the length of time indicated in the table, then allowed to cool to room temperature. After purification to remove residual monomer and catalyst, the reaction mixture was added to heptane and allowed to precipitate, and the precipitate was collected and dried at 90 ° C. under reduced pressure. The obtained analytical data is shown in the table. During purification and separation of the P15 and P16 polymers, some amount of 5-norbornene-2-methanol is produced from the corresponding norbornene acetate, and in the P17 polymer, some amount of norbornene carboxylate is likewise norbornene. Produced from ester. These amounts are given as last numbers in the molar ratios shown in the table below.
実施例P18;P19及びP20
TFSNB及びNBXOCH3、NBCH2OCH2CH2OCH3、又はNBC(O)OCH2CH2OHのポリマー
実施例P18、P19及びP20の変数を以下の表Hに示す。攪拌機を具備するガラス反応容器に;TFSNB、トルエン、酢酸エチル、及びNBXOCH3、NBCH2OCH2CH2OCH3、又はNBCOOCH2CH2OHの一つを添加した。10分間、混合物に窒素をスパージし、ドライボックスに移動させ、固体状のDANFABA、Pd-1206及びトリエチルシランを反応容器に添加し、反応容器をシールし、ドライボックスから取り出した。ついで、窒素がスパージされた氷酢酸を添加し、表に示した長さの時間、混合物を100℃まで加熱し、その後放置して、室温まで冷却した。P18においては、THF(2g)及びトルエン(4.5g)を反応混合物に添加し、ついでこれをヘキサン類(200g)に注ぎ、沈殿させた。沈殿物を収集し、90℃の真空オーブンで乾燥させた。得られた分析データを表に示す。
Polymers of TFSNB and NBXOCH 3 , NBCH 2 OCH 2 CH 2 OCH 3 , or NBC (O) OCH 2 CH 2 OH The variables of Examples P18, P19 and P20 are shown in Table H below. A glass reactor equipped with stirring; TFSNB, toluene, ethyl acetate, and NBXOCH3, NBCH 2 OCH 2 CH 2 OCH 3, or NBCOOCH 2 CH 2 was added one OH. The mixture was sparged with nitrogen for 10 minutes, transferred to a dry box, solid DANFABA, Pd-1206 and triethylsilane were added to the reaction vessel, the reaction vessel was sealed and removed from the dry box. Nitrogen sparged glacial acetic acid was then added and the mixture was heated to 100 ° C. for the length of time indicated in the table, then allowed to cool to room temperature. At P18, THF (2 g) and toluene (4.5 g) were added to the reaction mixture, which was then poured into hexanes (200 g) and precipitated. The precipitate was collected and dried in a 90 ° C. vacuum oven. The obtained analytical data is shown in the table.
実施例P21、P22及びP23
TFSNB及びNBCH2OCH2CH2CH3、NBC(O)OCH2CH2OC2H5又はPPVENBのポリマー
実施例P21、P22及びP23の変数を以下の表Jに示す。P21及びP22においては、TFSNB、適切なモノマー、トルエン、及び酢酸エチルを、攪拌機を具備するガラス反応容器に添加し、混合物をスパージし、ドライボックスに配した。P22においては、TFSNB、PPVENB、トルエン及び酢酸エチルを、ドライボックスに配したガラス反応容器に添加した。ドライボックス中の反応容器に、固体状のDANFABA、Pd-1206及びトリエチルシランを添加し、反応容器をシールし、ドライボックスから取り出した。スパージされた氷酢酸を添加し、表に示した長さの時間、混合物を100℃まで加熱した。反応混合物を放置して、室温まで冷却した。P21及びP22においては、THF(2g)を反応混合物に添加し、ついで反応混合物をヘキサン類(200g)に注ぎ、沈殿させた。P23においては、希釈されていない反応混合物をヘキサンに添加し、沈殿させた。TFSNBとPPVENBの比は、84対16であることが見出され、ポリマーのODは0.14μ−1であった。沈殿物又は全ての反応物を収集し、90℃の真空オーブンで乾燥させた。得られたポリマーの分析データを以下の表に示す。
Polymers of TFSNB and NBCH 2 OCH 2 CH 2 CH 3 , NBC (O) OCH 2 CH 2 OC 2 H 5 or PPVENB The variables of Examples P21, P22 and P23 are shown in Table J below. At P21 and P22, TFSNB, the appropriate monomer, toluene, and ethyl acetate were added to a glass reaction vessel equipped with a stirrer and the mixture was sparged and placed in a dry box. In P22, TFSNB, PPVENB, toluene and ethyl acetate were added to a glass reaction vessel placed in a dry box. Solid DANFABA, Pd-1206, and triethylsilane were added to the reaction vessel in the dry box, and the reaction vessel was sealed and removed from the dry box. Sparged glacial acetic acid was added and the mixture was heated to 100 ° C. for the length of time indicated in the table. The reaction mixture was left to cool to room temperature. In P21 and P22, THF (2 g) was added to the reaction mixture, then the reaction mixture was poured into hexanes (200 g) and precipitated. At P23, the undiluted reaction mixture was added to hexane and precipitated. The ratio of TFSNB to PPVENB was found to be 84 to 16, and the OD of the polymer was 0.14μ- 1 . The precipitate or all reactants were collected and dried in a 90 ° C. vacuum oven. The analytical data of the obtained polymer is shown in the table below.
実施例P24a-e ECHNB/TFENB/TFSNB
実施例P24a-eは、異なるモノマー比を有するECHNB/TFENB/TFSNBポリマーの合成を開示する。得られた結果は、CA及びSAが、ポリマー中のECHNB濃度の関数であると思われることを示している。
Example P24a-e ECHNB / TFENB / TFSNB
Example P24a-e discloses the synthesis of ECHNB / TFENB / TFSNB polymers with different monomer ratios. The results obtained indicate that CA and SA appear to be a function of the ECHNB concentration in the polymer.
50mLのクリンプキャップ式バイアルに、各バイアルに対して異なる割合(割合は表Kに示す)のECHNB、TFENB及びTFSNBを含む0.050モルのモノマーを、トルエン(20g)に溶解させた。10分間、これらの溶液に窒素をスパージし、シールして、ドライボックスに移動させた。 In 50 mL crimp cap vials, 0.050 moles of monomer containing ECHNB, TFENB, and TFSNB in different proportions (proportions shown in Table K) for each vial were dissolved in toluene (20 g). These solutions were sparged with nitrogen for 10 minutes, sealed, and transferred to a dry box.
バイアルのシールを解き、Pd-1394(0.070g、0.00005mol)、LiFABA(0.131g、0.00015mol)及びトリエチルシラン(0.116g、0.001mol)をそれぞれ添加した。ついで、バイアルを再シールし、ドライボックスから取り出し、窒素がスパージされた氷酢酸(0.060g、0.001mol)を、テフロン隔膜を介して各溶液に添加し、油浴中で18時間、90℃まで溶液を加熱した。ついで、バイアルの内容物を放置して室温まで冷却し、それぞれに2gのTHFを添加した。ついで、ポリマー溶液を過剰なn-ヘプタンに添加し、沈殿させた。固体状ポリマーを収集し、真空オーブンで90℃にて一晩乾燥させた。各ポリマーの収率、分子量、多分散度、CA及びSAを表Kに示す。
実施例P25、P26及びP27
ECHNB/TFENB/TFSCH2NBのポリマー
モノマーを50mLのクリンプキャップ式バイアルに添加し、トルエン(20g)に溶解させた。溶液をスパージし、シールし、ついでドライボックスに移動させた。
Examples P25, P26 and P27
ECHNB / TFENB / TFSCH 2 NB polymer monomer was added to a 50 mL crimp cap vial and dissolved in toluene (20 g). The solution was sparged, sealed and then transferred to the dry box.
各溶液に、Pd-1394(0.070g、0.00005mol)、LiFABA(0.131g、0.00015mol)、及びトリエチルシラン(0.116g、0.001mol)を添加し、バイアルを再シールし、ドライボックスから取り出した。スパージされた氷酢酸(0.060g、0.001mol)を、テフロン隔膜を介して添加し、油浴中で約18時間、90℃まで溶液を加熱した。各バイアルの内容物を放置して室温まで冷却し、2gのTHFを添加した。サンプルの内容物を取り出し、分子量を測定し、ついで、溶液を過剰なn-ヘプタンに添加し、沈殿させ、固形物を収集し、真空オーブンで90℃にて一晩乾燥させ、計量した。各ポリマーの収率、分子量、多分散度、CA及びSAを表Mに示す。
実施例P28a−g
表Nに示すモノマーを有するTFENBのポリマー
この実施例は、同じフィード比(30%のA、50%のB及び20%のTFENB)を有する3種のモノマーを含むポリマーの合成を開示する。
Example P28a-g
Polymer of TFENB with monomers shown in Table N This example discloses the synthesis of a polymer containing three monomers with the same feed ratio (30% A, 50% B and 20% TFENB).
50mLのクリンプキャップ式バイアルにおいて、0.015molのモノマーA、0.025molのモノマーB、及び0.010molのTFENBを、トルエン(20g)に溶解させた。これらの溶液をスパージし、ついでシールし、ドライボックスに移動させた。 In a 50 mL crimp cap vial, 0.015 mol of monomer A, 0.025 mol of monomer B, and 0.010 mol of TFENB were dissolved in toluene (20 g). These solutions were sparged, then sealed and transferred to a dry box.
各溶液に、Pd-1394(0.070g、0.00005mol)、LiFABA(0.131g、0.00015mol)、及びトリエチルシラン(0.116g、0.001mol)を添加し、バイアルを再シールし、ドライボックスから取り出した。スパージされた氷酢酸(0.060g、0.001mol)を、テフロン隔膜を介して各溶液に添加し、油浴中で18時間、90℃まで溶液を加熱した。内容物を放置して室温まで冷却し、各バイアルに2gのTHFを添加した。各バイアルのサンプルを取り出し、表Nに示すように、分子量及び多分散度を測定した。その後、溶液を過剰なn-ヘプタンに添加し、沈殿させ、固形物を収集し、真空オーブンで90℃にて一晩乾燥させた。裸シリコンウエハー上の各ポリマーの薄層フィルムのCA及びSAを測定し、得られたデータを表Nに示した。
実施例P28a−gからの結果は、疎水性(高CA及び低SAにより示される)は、少なくとも部分的に、重合に使用されるモノマーの構造を変化させることによって制御可能であることを実証していると考えられる。すなわち、(1)現像液可溶性モノマー成分を、TFSNBからTFSCH2NB及びTFSCH2CH2NBに変えることによって、疎水性が増加し(a、b及びcを参照);(2)現像液可溶性モノマー成分を、TFSNBからsecPrHFAEsNBに変えることによって、疎水性が増加し(d及びeを参照);及び(3)酸不安定なモノマー成分を、HFABOCME又はNBCOOBOCMEに変えることによって、疎水性が増加する(aをfと、dをgと比較)。 The results from Example P28a-g demonstrate that hydrophobicity (indicated by high CA and low SA) can be controlled, at least in part, by changing the structure of the monomers used in the polymerization. It is thought that. That is, (1) the developer-soluble monomer component is changed from TFSNB to TFSCH 2 NB and TFSCH 2 CH 2 NB, thereby increasing the hydrophobicity (see a, b and c); (2) developer-soluble monomer By changing the component from TFSNB to secPrHFAEsNB, the hydrophobicity is increased (see d and e); and (3) The hydrophobicity is increased by changing the acid labile monomer component to HFABOCME or NBCOOBOCME ( a compared with f and d compared with g).
実施例P29a−g
ECHNB/TFENB/TFSNBモノマーから誘導されたポリマー
ECHNB/TFENB/TFSNBモノマーを、表Pに示すフィード比を使用して重合させた。使用した重合法は、異なる分子量のポリマーを提供するため、添加するトリエチルシランの量を変えることを除けば、実施例24に記載された方法と類似している。
Example P29a-g
Polymer Derived from ECHNB / TFENB / TFSNB Monomer ECHNB / TFENB / TFSNB monomer was polymerized using the feed ratios shown in Table P. The polymerization method used is similar to the method described in Example 24, except that the amount of triethylsilane added is varied to provide different molecular weight polymers.
固体状のポリマーを分離して乾燥させた後、それぞれをPGMEAに溶解させ、スピンコーティング法により裸のシリコンウエハー上に塗布した。各ウエハーを、90℃で90秒軟焼成し、その後、フィルムの厚みを偏光解析法により測定した。ついで、各ウエハーをスピンチャックに配し、2-ブタノールで覆い、3秒後、スピンさせて液体を除去した。ついで、フィルムを、90℃で90秒焼成し、厚みを再測定した。ポリマーフィルムの2-ブタノールに対する耐性を、フィルムの厚みの変動により測定した。フィード比、Mw及びイソ-ブタノールへの浸漬後の厚みの変動のデータを、表Pに示す。
実施例P29a−gからの結果は、(イソブタノール中での)フィルムの厚みの損失は、ポリマーの分子量及び組成の双方により、部分的に調節可能であることを実証していると考えられる。すなわち、一般に、TFENBの濃度が高くなればなる程(又は、TFSNBの濃度が低くなればなる程)、フィルムの厚みの損失は少なく(eとfを比較)、また分子量が高くなっても同様である(eとgを比較)。 The results from Example P29a-g are believed to demonstrate that the loss of film thickness (in isobutanol) can be partially adjusted by both the molecular weight and composition of the polymer. That is, in general, the higher the TFENB concentration (or the lower the TFSNB concentration), the less the film thickness loss (compare e and f), and the higher the molecular weight, the same. (Compare e and g).
実施例P30a
TFSNB/TFENB/ECHNB/酸NBポリマー
3-バルブストッパーと攪拌機を具備する500mLの反応容器において、ECHNB(13.02g、0.053mol)、TFENB(12.20g、0.055mol)、及びTFSNB(19.13g、0.075mol)を、トルエン(77g)に溶解させた。50mLのクリンプキャップ式バイアルにおいて、ECHNB(14.73g、0.059mol)及びTFENB(5.56g、0.025mol)を、トルエン(11.1g)に溶解させた。双方の溶液をスパージし、ついでシールした。
Example P30a
TFSNB / TFENB / ECHNB / acid NB polymer 3-in a 500 mL reaction vessel equipped with a valve stopper and stirrer, ECHNB (13.02 g, 0.053 mol), TFENB (12.20 g, 0.055 mol), and TFSNB (19 .13 g, 0.075 mol) was dissolved in toluene (77 g). In a 50 mL crimp cap vial, ECHNB (14.73 g, 0.059 mol) and TFENB (5.56 g, 0.025 mol) were dissolved in toluene (11.1 g). Both solutions were sparged and then sealed.
反応容器中の溶液に、Pd-1394(1.394g、0.001mol)、LiFABA(2.613g、0.003mol)、及びトリエチルシラン(1.16g、0.01mol)を添加し、溶液を混合した。氷酢酸(0.30g、0.005mol)を、反応容器中の溶液に添加し、溶液を一晩、90℃まで加熱した。 Pd-1394 (1.394 g, 0.001 mol), LiFABA (2.613 g, 0.003 mol), and triethylsilane (1.16 g, 0.01 mol) were added to the solution in the reaction vessel, and the solution was mixed. did. Glacial acetic acid (0.30 g, 0.005 mol) was added to the solution in the reaction vessel and the solution was heated to 90 ° C. overnight.
反応容器の加熱中、クリンプキャップ式バイアル内の溶液を、所定の計測プロトコル:(0.065mL/minを54分、0.077mL/minを45分、0.041mL/minを84分、0.022mL/minを155分、0.012mL/minを286分、0.007mL/minを530分、及び0.004mL/minを572分)に従い、容器に移した。 While the reaction vessel is heated, the solution in the crimp cap vial is subjected to a predetermined measurement protocol: (0.065 mL / min for 54 minutes, 0.077 mL / min for 45 minutes, 0.041 mL / min for 84 minutes, 0. 022 mL / min at 155 minutes, 0.012 mL / min at 286 minutes, 0.007 mL / min at 530 minutes, and 0.004 mL / min at 572 minutes).
ポリマーから触媒残留物を取り除く処理後、得られた溶液をロータリーエバポレータを使用して濃縮し、ポリマー生成物を過剰なヘキサンを用いて沈殿させた。得られた無色固体状のポリマー(26g)を、真空オーブンで90℃にて一晩乾燥させ、1:1のTHF/MeOH混合物(60mL)に溶解させ、過剰な90:10のMeOH/水で沈殿させた。ポリマーを真空オーブンで90℃にて一晩乾燥させたところ、23.3gのポリマー(単離された収率、38%)が得られた。 After treatment to remove catalyst residue from the polymer, the resulting solution was concentrated using a rotary evaporator and the polymer product was precipitated using excess hexane. The resulting colorless solid polymer (26 g) was dried in a vacuum oven at 90 ° C. overnight, dissolved in 1: 1 THF / MeOH mixture (60 mL), and excess 90:10 MeOH / water. Precipitated. The polymer was dried in a vacuum oven at 90 ° C. overnight to give 23.3 g of polymer (isolated yield, 38%).
最終生成物の1H-NMR分析では、残留モノマーの存在は示されず、13C NMR分析では、約35/31/30/4のECHNB/TFENB/TFSNB/酸NBの組成が明らかとなった。Mw、Mn、及びPDIを測定したところ、それぞれ4300、2600及び1.66であった。PGMEAに入った20%溶液からシリコンウエハー上にスピニングさせたこのポリマーの薄層フィルム(約1ミクロン)は、77°±2°のCAを有していた。 1 H-NMR analysis of the final product did not indicate the presence of residual monomer, and 13 C NMR analysis revealed a composition of approximately 35/31/30/4 ECHNB / TFENB / TFSNB / acid NB. When Mw, Mn, and PDI were measured, they were 4300, 2600, and 1.66, respectively. A thin film of this polymer (about 1 micron) spun onto a silicon wafer from a 20% solution in PGMEA had a CA of 77 ° ± 2 °.
実施例P30b
TFSNB/TFENB/ECHNB/酸NBのポリマー
反応容器において、0.73g、0.0063molのトリエチルシランを溶液に添加したことを除き、P30aと同様にしてこの重合を行い、次の計測プロトコル:(0.065mL/minを54分、0.077mL/minを45分、0.041mL/minを84分、0.022mL/minを155分、0.012mL/minを286分、0.007mL/minを530分、及び0.004mL/minを978分)に従い、不活性雰囲気下、クリンプキャップ式バイアル中の溶液を反応容器に移した。
Example P30b
Polymer of TFSNB / TFENB / ECHNB / acid NB In the reaction vessel, this polymerization was carried out in the same manner as P30a, except that 0.73 g, 0.0063 mol of triethylsilane was added to the solution, and the following measurement protocol: (0 0.065 mL / min for 54 minutes, 0.077 mL / min for 45 minutes, 0.041 mL / min for 84 minutes, 0.022 mL / min for 155 minutes, 0.012 mL / min for 286 minutes, 0.007 mL / min for 0.007 mL / min 530 minutes and 0.004 mL / min at 978 minutes), the solution in the crimp cap vial was transferred to the reaction vessel under an inert atmosphere.
40gの無色固体状のポリマーが最初に得られ、再沈殿後、P30aで行ったようにして、37.5gのポリマー(単離された収率、54%)が得られた。 40 g of a colorless solid polymer was first obtained, and after reprecipitation, 37.5 g of polymer (isolated yield, 54%) was obtained as was done with P30a.
最終生成物の1H-NMR分析では、残留モノマーの存在は示されず、13C NMR分析では、約35/30/30/5のECHNB/TFENB/TFSNB/酸NBの組成が明らかとなった。Mw、Mn、及びPDIを測定したところ、それぞれ7723、4350及び1.78であった。PGMEAに入った20%溶液からシリコンウエハー上にスピニングさせたこのポリマーの薄層フィルム(約1ミクロン)は、76°±1°のCAを有していた。 1 H-NMR analysis of the final product did not indicate the presence of residual monomer, and 13 C NMR analysis revealed a composition of approximately 35/30/30/5 ECHNB / TFENB / TFSNB / acid NB. When Mw, Mn, and PDI were measured, they were 7723, 4350, and 1.78, respectively. A thin film (about 1 micron) of this polymer spun onto a silicon wafer from a 20% solution in PGMEA had a CA of 76 ° ± 1 °.
実施例P30b
TFSNB/TFENB/ECHNB/酸NBのポリマー
反応容器において、0.36g、0.003molのトリエチルシランを溶液に添加したことを除き、P30aと同様にしてこの重合を行い、所定の計測プロトコル:(0.065mL/minを54分、0.077mL/minを45分、0.041mL/minを84分、0.022mL/minを155分、0.012mL/minを286分、0.007mL/minを530分、及び0.004mL/minを632分)に従い、不活性雰囲気下、クリンプキャップ式バイアル中の溶液を反応容器に移した。
Example P30b
Polymer of TFSNB / TFENB / ECHNB / acid NB In the reaction vessel, this polymerization was carried out in the same manner as P30a, except that 0.36 g, 0.003 mol of triethylsilane was added to the solution, and a predetermined measurement protocol: (0 0.065 mL / min for 54 minutes, 0.077 mL / min for 45 minutes, 0.041 mL / min for 84 minutes, 0.022 mL / min for 155 minutes, 0.012 mL / min for 286 minutes, 0.007 mL / min for 0.007 mL / min The solution in the crimp cap vial was transferred to the reaction vessel under an inert atmosphere according to 530 minutes and 0.004 mL / min at 632 minutes).
38gの最初のポリマーが得られ、過剰な85:15のMeOH/水を使用して再沈殿させた後、35gのポリマー(分離収率、50%)が得られた。 38 g of the initial polymer was obtained, and 35 g of polymer (separation yield, 50%) was obtained after reprecipitation using excess 85:15 MeOH / water.
最終生成物の1H-NMR分析では、残留モノマーの存在は示されず、13C NMR分析では、約35/32/29/4のECHNB/TFENB/TFSNBB/酸NBの組成が明らかとなった。Mw、Mn、及びPDIを測定したところ、それぞれ12453、6043及び2.06であった。PGMEAに入った20%溶液からシリコンウエハー上にスピニングさせたこのポリマーの薄層フィルム(約1ミクロン)は、75°±2°のCAを有していた。 1 H-NMR analysis of the final product did not indicate the presence of residual monomer, and 13 C NMR analysis revealed a composition of approximately 35/32/29/4 ECHNB / TFENB / TFSNBB / acid NB. When Mw, Mn, and PDI were measured, they were 12453, 6043, and 2.06, respectively. A thin film (about 1 micron) of this polymer spun onto a silicon wafer from a 20% solution in PGMEA had a CA of 75 ° ± 2 °.
実施例P31
ECHNB/TFENB/HFANB/酸NBポリマー
ドライボックス内において、攪拌機を具備する500mLの反応容器で、ECHNB(74.51g、0.300mol)、TFENB(53.34g、0.240mol)、及びHFANB(16.45g、0.060mol)をトルエン(180g)に溶解させた。
Example P31
ECHNB / TFENB / HFANB / acid NB polymer In a 500 mL reaction vessel equipped with a stirrer in a dry box, ECHNB (74.51 g, 0.300 mol), TFENB (53.34 g, 0.240 mol), and HFANB (16 .45 g, 0.060 mol) was dissolved in toluene (180 g).
反応容器内の溶液に、Pd-1394(0.8364g、0.00060mol)、LiFABA(1.5684g、0.0018mol)、及びトリエチルシラン(2.91g、0.025mol)を添加し、溶液を攪拌した。氷酢酸(0.72g、0.012mol)を溶液に添加し、その後、40時間、90℃まで加熱した。 To the solution in the reaction vessel, Pd-1394 (0.8364 g, 0.00060 mol), LiFABA (1.5684 g, 0.0018 mol), and triethylsilane (2.91 g, 0.025 mol) were added, and the solution was stirred. did. Glacial acetic acid (0.72 g, 0.012 mol) was added to the solution followed by heating to 90 ° C. for 40 hours.
ポリマーから触媒残留物を除去するための処理後、ロータリーエバポレータを使用して、得られた溶液を濃縮し、ポリマー生成物を過剰な85:15のMeOH/水で沈殿させた。得られた無色固体状のポリマー(67g)を、真空オーブンにて、90℃で乾燥させ、トルエンに溶解させ、過剰なヘキサンで沈殿させた。真空オーブンにて、ポリマーを90℃で一晩乾燥させたところ、62gのポリマー(分離収率、43%)が得られた。 After treatment to remove catalyst residue from the polymer, the resulting solution was concentrated using a rotary evaporator and the polymer product was precipitated with excess 85:15 MeOH / water. The obtained colorless solid polymer (67 g) was dried in a vacuum oven at 90 ° C., dissolved in toluene, and precipitated with excess hexane. The polymer was dried at 90 ° C. overnight in a vacuum oven, yielding 62 g of polymer (separation yield, 43%).
最終生成物の1H-NMR分析では、残留モノマーの存在は示されず、13C NMR分析では、約46/40/9/5のECHNB/TFENB/HFANB/酸NBの組成が明らかとなった。Mw、Mn、及びPDIを測定したところ、それぞれ4116、2478及び1.66であった。 1 H-NMR analysis of the final product did not show the presence of residual monomer, and 13 C NMR analysis revealed a composition of about 46/40/9/5 ECHNB / TFENB / HFANB / acid NB. When Mw, Mn, and PDI were measured, they were 4116, 2478, and 1.66, respectively.
実施例P32
TFSNB/NBHFAEsNB/酸NBポリマー
攪拌機を具備するガラス反応容器に、TFSNB(36.7g、0.144mol)、NBHFAEsNB(13.3g、0.036mol)、トルエン(56.0g)、及び酢酸エチル(19.0g)を添加した。混合物をスパージし、ついで反応容器をドライボックスに配し、その後、固体状のDANFABA(0.481g、0.0006mol)、Pd-1206(0.145g、0.00012mol)及びトリエチルシラン(1.465g、0.0126mol)を反応容器に添加した。ついで、反応容器をドライボックスから取り出し、スパージされた氷酢酸(0.216g、0.0036mol)を反応混合物に添加した。ついで、攪拌しつつ、混合物を18時間、100℃まで加熱した。混合物を放置して室温まで冷却した後、精製を施して、残留モノマーと触媒を除去した。Mw、Mn及びPDIを測定したところ、それぞれ5382、3544及び1.39であった。上述したように、酸NBが、ポリマーの精製中に酸解離性モノマーから誘導される場合、ポリマー組成は84/14/2(TFSNB/NBHFAEsNB/酸NB)であることが見出された。基板上に形成されたポリマーフィルムから、CA及びSAを測定したところ、それぞれ80°及び25°であった。0.26Nの水性TMAHにおける溶解速度は、1601nm/secであることが見出された。
Example P32
TFSNB / NBHFAEsNB / acid NB polymer In a glass reaction vessel equipped with a stirrer, TFSNB (36.7 g, 0.144 mol), NBHFAEsNB (13.3 g, 0.036 mol), toluene (56.0 g), and ethyl acetate (19 0.0 g) was added. The mixture was sparged and then the reaction vessel was placed in a dry box, after which solid DANFABA (0.481 g, 0.0006 mol), Pd-1206 (0.145 g, 0.00012 mol) and triethylsilane (1.465 g , 0.0126 mol) was added to the reaction vessel. The reaction vessel was then removed from the dry box and sparged glacial acetic acid (0.216 g, 0.0036 mol) was added to the reaction mixture. The mixture was then heated to 100 ° C. with stirring for 18 hours. The mixture was allowed to cool to room temperature and then purified to remove residual monomer and catalyst. When Mw, Mn and PDI were measured, they were 5382, 3544 and 1.39, respectively. As noted above, when acid NB was derived from acid dissociable monomers during polymer purification, the polymer composition was found to be 84/14/2 (TFSNB / NBHFAEsNB / acid NB). When CA and SA were measured from the polymer film formed on the substrate, they were 80 ° and 25 °, respectively. The dissolution rate in 0.26N aqueous TMAH was found to be 1601 nm / sec.
実施例P33
TFSNBホモポリマー
TFSNB(44.9g、0.176mol)、エタノール(0.811g、0.0176mol)、無水トルエン(72mL)、及びプロピレングリコールメチルエーテル(8mL)を、攪拌棒を含む250mLのクリンプキャップ式ボトル内で混合し、スパージし、ついでボトルをシールした。ボトルをドライボックスに入れ、シールを解き、Pd-1206(849g、0.0007mol)、DANFABA(1.69g、0.0021mol)、及びトリエチルシラン(1.23g、0.0106mol)を添加した。ボトルを再シールし、油浴中で21時間、攪拌しつつ、内容物を80℃まで加熱した。混合物を放置して室温まで冷却した後、THF(10g)を添加した。得られた溶液から触媒及び残留モノマーを除去するための処理後、ロータリーエバポレータを使用して濃縮し、ポリマー生成物を過剰なヘキサンで沈殿させ、収集し、真空オーブンにて90℃で乾燥させた後、26gのホモポリマー(58%)が得られた。Mw、Mn、及びPDIを測定したところ、それぞれ5580、3810及び1.47であった。
Example P33
TFSNB homopolymer TFSNB (44.9 g, 0.176 mol), ethanol (0.811 g, 0.0176 mol), anhydrous toluene (72 mL), and propylene glycol methyl ether (8 mL), 250 mL crimp cap with stir bar Mix in bottle and sparg, then seal bottle. The bottle was placed in a dry box, the seal was broken, and Pd-1206 (849 g, 0.0007 mol), DANFABA (1.69 g, 0.0021 mol), and triethylsilane (1.23 g, 0.0106 mol) were added. The bottle was resealed and the contents were heated to 80 ° C. with stirring in an oil bath for 21 hours. After the mixture was allowed to cool to room temperature, THF (10 g) was added. After treatment to remove catalyst and residual monomer from the resulting solution, it was concentrated using a rotary evaporator and the polymer product was precipitated with excess hexane, collected and dried in a vacuum oven at 90 ° C. Later, 26 g of homopolymer (58%) was obtained. When Mw, Mn, and PDI were measured, they were 5580, 3810, and 1.47, respectively.
予想実施例P1p TFSsecPrNB
ドライボックスにおいて、TFSsecPrNB(10.0g、0.0353mol)、トリエチルシラン(0.286g、0.00247mol)、トルエン(12g)、酢酸エチル(4g)、Pd-1206(0.043g、0.000035mol)、及びDANFABA(0.084g、0.000105mol)を、攪拌機を具備するガラス反応容器に添加する。反応混合物をスパージし、ついで反応容器にキャップをし、ドライボックスから取り出す。スパージされた氷酢酸(0.094g、0.00157mol)を添加し、反応混合物を15−20時間、100℃まで加熱し、放置して室温まで冷却する。残留モノマー及び触媒を除去するための精製後、反応混合物に過剰なヘキサンを添加することにより、ポリマーを沈殿させる。収集及び乾燥後、固形物は標的ポリマーである。
Anticipated Example P1p TFSsecPrNB
In a dry box, TFSsecPrNB (10.0 g, 0.0353 mol), triethylsilane (0.286 g, 0.00247 mol), toluene (12 g), ethyl acetate (4 g), Pd-1206 (0.043 g, 0.000035 mol) , And DANFABA (0.084 g, 0.000105 mol) are added to a glass reaction vessel equipped with a stirrer. The reaction mixture is sparged and then the reaction vessel is capped and removed from the dry box. Sparged glacial acetic acid (0.094 g, 0.00157 mol) is added and the reaction mixture is heated to 100 ° C. for 15-20 hours and allowed to cool to room temperature. After purification to remove residual monomer and catalyst, the polymer is precipitated by adding excess hexane to the reaction mixture. After collection and drying, the solid is the target polymer.
トップコート層としてのTFSNBホモポリマーのリソグラフィ挙動
実施例TC-1
2-メチル-1-プロピルアルコールにTFSNBホモポリマーが入った2.5重量%溶液を調製した。ホモポリマーは、溶液1においては19400のMwを有し、溶液2においては8500のMwを有し、溶液3においては5300のMwを有する。このようなホモポリマーは、例えば実施例P33の方法で調製することができるが、トリエチルシランの量及び/又は反応時間は、異なった分子量を達成するために変えられる。各溶液を基板に塗布し、約300nmの厚みを有する保護フィルムを形成する。
Lithographic behavior of TFSNB homopolymer as topcoat layer Example TC-1
A 2.5 wt% solution of TFSNB homopolymer in 2-methyl-1-propyl alcohol was prepared. The homopolymer has a Mw of 19400 in solution 1, an Mw of 8500 in solution 2, and an Mw of 5300 in solution 3. Such homopolymers can be prepared, for example, by the method of Example P33, but the amount of triethylsilane and / or the reaction time can be varied to achieve different molecular weights. Each solution is applied to a substrate to form a protective film having a thickness of about 300 nm.
3種のコーティングされた基板のそれぞれを、TMAHの2.38重量%水溶液(0.26N)に60秒接触させ、アルカリ現像液中でのその溶解度を評価した。アルカリ現像液との接触の前後における保護フィルムの厚みの変動を測定することにより、評価を実施した。結果を以下の表R1に示す。
表Sの結果から、本発明の保護フィルム形成物質は、アルカリ現像液中で良好な溶解性を有し、アルカリ可溶性保護フィルムとして使用可能であることが理解される。 From the results of Table S, it is understood that the protective film-forming substance of the present invention has good solubility in an alkali developer and can be used as an alkali-soluble protective film.
実施例TC-2
コーティングされたフィルムの厚みが、表R2に示したものであることを除けば、実施例TC-1の方法で調製した3種の更なるコーティング基板について、液浸リソグラフィの液体として使用されうる水に対する耐性を試験した。水との接触の前後における、保護フィルムの厚みの変動を測定することにより、評価を実施した。結果を以下の表R2に示す。
Water that can be used as a liquid for immersion lithography for three additional coated substrates prepared by the method of Example TC-1, except that the thickness of the coated film is as shown in Table R2. Was tested for resistance. Evaluation was carried out by measuring the variation of the thickness of the protective film before and after contact with water. The results are shown in Table R2 below.
表R2の結果から、本発明の保護フィルム形成物質は、水に対する良好な耐性を有し、液浸リソグラフィにおける保護フィルムとして使用可能であることが理解される。 From the results of Table R2, it is understood that the protective film-forming substance of the present invention has good resistance to water and can be used as a protective film in immersion lithography.
実施例TC-3
有機反射防止フィルム組成物ARC29(Brewer Science, Inc.)を、スピナーを用いてシリコンウエハーに塗布し、焼成し、205℃のホットプレートで60秒乾燥させ、77nmの厚みを有する反射防止フィルムを形成した。TArF-P6111(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.)にポジティブ型フォトレジスト組成物を、反射防止フィルムに塗布し、予備焼成し、130℃のホットプレートで90秒乾燥させ、反射防止フィルム上に150nmの厚みを有するフォトレジストフィルムを形成した。
Example TC-3
The organic antireflection film composition ARC29 (Brewer Science, Inc.) was applied to a silicon wafer using a spinner, baked, and dried on a hot plate at 205 ° C. for 60 seconds to form an antireflection film having a thickness of 77 nm. did. A positive photoresist composition is applied to TAF-P6111 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an antireflection film, pre-baked, dried on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds, and 150 nm on the antireflection film. A photoresist film having a thickness of 5 mm was formed.
実施例TC-1において使用した保護フィルム形成物質をフォトレジストフィルムに塗布し、90℃で60秒加熱し、約70nmの厚みを有する保護フィルムを形成した。 The protective film-forming substance used in Example TC-1 was applied to a photoresist film and heated at 90 ° C. for 60 seconds to form a protective film having a thickness of about 70 nm.
次に、液浸リソグラフィの実験室用キット(Nikon Corp.のLEIES 193-1)を使用し、サンプルの二光束干渉について試験した。ついで、これに115℃で90秒、PEB処理を施し、続いて、23℃で60秒、TMAHの2.38重量%水溶液で現像した。この現像工程において、保護フィルムは完全に除去され、フォトレジストフィルムの現像性は良好であった。 The sample was then tested for two-beam interference using a immersion lithography laboratory kit (LEIES 193-1 from Nikon Corp.). This was then subjected to PEB treatment at 115 ° C. for 90 seconds, followed by development with a 2.38 wt% aqueous solution of TMAH at 23 ° C. for 60 seconds. In this development step, the protective film was completely removed, and the developability of the photoresist film was good.
このようにして得られた65nmピッチを有するライン-アンド-スペースパターンを、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、そのパターン形状は良好であった。 When the thus obtained line-and-space pattern having a 65 nm pitch was observed using a scanning electron microscope (SEM), the pattern shape was good.
実施例TC-4
有機反射防止フィルム組成物ARC29(Brewer Science, Inc.)を、スピナーを用いてシリコンウエハーに塗布し、焼成し、205℃のホットプレートで60秒乾燥させ、77nmの厚みを有する反射防止フィルムを形成した。ポジティブ型フォトレジスト組成物、TArF-P6111(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.)を、反射防止フィルムに塗布し、予備焼成し、130℃のホットプレートで90秒乾燥させ、反射防止フィルム上に170nmの厚みを有するフォトレジストフィルムを形成した。
Example TC-4
The organic antireflection film composition ARC29 (Brewer Science, Inc.) was applied to a silicon wafer using a spinner, baked, and dried on a hot plate at 205 ° C. for 60 seconds to form an antireflection film having a thickness of 77 nm. did. A positive photoresist composition, TArF-P6111 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to an antireflection film, pre-baked, dried on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds, and 170 nm on the antireflection film. A photoresist film having a thickness of 5 mm was formed.
実施例TC-1を使用した保護フィルム形成物質をフォトレジストフィルムに塗布し、90℃で60秒加熱し、約70nmの厚みを有する保護フィルムを形成した。 A protective film-forming substance using Example TC-1 was applied to a photoresist film and heated at 90 ° C. for 60 seconds to form a protective film having a thickness of about 70 nm.
そこに形成された保護フィルムを有する基板上に純水を滴下し、ついで、露光装置(Nikon Corp.のNSR-S302)を使用し、これを193nmのArFエキシマレーザの光に露光させ、ついで、60秒、更に純水をそこに滴下した。次に、これに115℃で90秒、PEB処理を施し、続いて、23℃で60秒、TMAHの2.38重量%水溶液で現像した。 Pure water is dropped on a substrate having a protective film formed thereon, and then an exposure apparatus (Nikon Corp.'s NSR-S302) is used to expose it to light of a 193 nm ArF excimer laser. Further, pure water was dripped there for 60 seconds. Next, this was subjected to PEB treatment at 115 ° C. for 90 seconds, followed by development with a 2.38 wt% aqueous solution of TMAH at 23 ° C. for 60 seconds.
このようにして得られた130nmのピッチを有するライン-アンド-スペースパターン(1:1)における欠陥の数を、KLA2351(KLA Tencor Co., Ltd.)を用いて計測したところ、そこに形成された保護フィルムを有していない比較サンプルにおける欠陥の数の0.5%まで低減していた。 When the number of defects in the line-and-space pattern (1: 1) having a pitch of 130 nm obtained in this way was measured using KLA2351 (KLA Tencor Co., Ltd.), it was formed there. It was reduced to 0.5% of the number of defects in the comparative sample having no protective film.
トップコート層としてのTFSNBコポリマーのリソグラフィ挙動
実施例TC-5a-f
表Sに示すTFSNBのコポリマーを、先に記載した測定方式2の方法を使用し、接触角(CA)、転落角(SA)、水性アルカリ現像液における溶解速度(DR)及び耐水性(WP)を測定した。提示したデータが示すところでは、このようなサンプルから形成されるフィルムは、かかる物質が液浸リソグラフィプロセスにおいて保護フィルム(トップコート)として使用するのに適したものであることを示す接触角及び転落角、耐水性、及び溶解速度を示した。更に、スキャン能力に関するこのようなフィルムの評価でもまた許容できる結果が得られた。
Using the TFSNB copolymer shown in Table S, the measurement method 2 described above, contact angle (CA), falling angle (SA), dissolution rate (DR) in aqueous alkaline developer and water resistance (WP). Was measured. The data presented show that the film formed from such a sample has a contact angle and tumbling indicating that such a material is suitable for use as a protective film (topcoat) in an immersion lithography process. Angle, water resistance, and dissolution rate were shown. In addition, evaluation of such films for scan capability also gave acceptable results.
上記コポリマーの評価に加えて、第一方式のコーティングシリコンウエハーを、スピンコーティング法によって、次のフィルム形成物質をウエハーに塗布することにより調製した。各ウエハーにおいて、先ず、有機反射防止フィルム組成物「ARC29」(Brewer Science, Inc.)をウエハーに塗布し、焼成し、225℃のホットプレートで60秒乾燥させ、約77nmの厚みを有する反射防止フィルムを形成した。次に、「TARF-P6111ME」(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.)のポジティブ型フォトレジスト組成物を、反射防止フィルムに塗布し、予備焼成し、130℃のホットプレートで90秒乾燥させ、約225nmの厚みを有するフォトレジストフィルムを形成した。ついで、表Sからの各コポリマーの組成物を、フォトレジストフィルム上、コーティングウエハーの一つに塗布し、90℃で60秒加熱し、約140nmの厚みを有する保護フィルム又はトップコート層を形成した。 In addition to the evaluation of the copolymer, a first mode coated silicon wafer was prepared by applying the following film-forming material to the wafer by spin coating. In each wafer, first, an organic antireflection film composition “ARC29” (Brewer Science, Inc.) was applied to the wafer, baked, and dried on a hot plate at 225 ° C. for 60 seconds to have an antireflection thickness of about 77 nm. A film was formed. Next, a positive photoresist composition of “TARF-P6111ME” (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to an antireflection film, pre-baked, dried on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds, A photoresist film having a thickness of 225 nm was formed. The composition of each copolymer from Table S was then applied to one of the coated wafers on a photoresist film and heated at 90 ° C. for 60 seconds to form a protective film or topcoat layer having a thickness of about 140 nm. .
次に、193nmのArFエキシマレーザ源を具備する「NSR S302A」(Nikon Corp.)リソグラフィ用ツールを使用し、それぞれのコーティングウエハーを、マスクパターンを介して、通常の乾燥露光にかけた。露光後、基板を、液浸リソグラフィ環境をシミュレートするためにスピナーチャックで回転させ続けながら、23℃の純水を1分間、保護フィルム上に滴下した。そこに純水を添加した後、基板に130℃で90秒、PEB処理を施し、ついで、パターン現像プロセスの間、23℃で60秒、アルカリ現像液(0.26NのTMAH水溶液)を施した。この現像プロセスの結果、トップコート層は完全に除去され、レジストフィルムに良好に現像されたパターンが形成された。このようなパターンでは、130nmのピッチを有するライン-アンド-スペース(1:1)レジストパターンが走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察され、そのパターン形状は良好な長方形であった。 Next, using a “NSR S302A” (Nikon Corp.) lithography tool equipped with a 193 nm ArF excimer laser source, each coated wafer was subjected to normal dry exposure through a mask pattern. After the exposure, pure water at 23 ° C. was dropped onto the protective film for 1 minute while the substrate was continuously rotated by a spinner chuck to simulate an immersion lithography environment. After adding pure water to the substrate, the substrate was subjected to PEB treatment at 130 ° C. for 90 seconds, and then subjected to an alkaline developer (0.26N TMAH aqueous solution) at 23 ° C. for 60 seconds during the pattern development process. . As a result of this development process, the topcoat layer was completely removed, and a well-developed pattern was formed on the resist film. In such a pattern, a line-and-space (1: 1) resist pattern having a pitch of 130 nm was observed using a scanning electron microscope (SEM), and the pattern shape was a good rectangle.
表Sのコポリマーの評価を続け、第二方式のコーティングシリコンウエハーを、第一方式に対して上述したようにして調製した。しかしながら、第二方式のウエハーは、液浸リソグラフィの実験室用キット(Nikon Corp.のLEIES 193-1)を使用して露光し、ここでLEIESを、193nmのArFエキシマレーザ源を使用し、各ウエハーの二光束干渉に対してセットした。 Continuing the evaluation of the copolymer of Table S, a second mode coated silicon wafer was prepared as described above for the first mode. However, the second type wafer is exposed using an immersion lithography laboratory kit (Nikon Corp. LEIES 193-1), where LEIES is used, and a 193 nm ArF excimer laser source is used for each. The wafer was set against two-beam interference.
露光後、各ウエハーに、第一方式に対して使用した現像プロセスを施した。この現像プロセスではトップコート層が完全に除去され、レジストフィルムには、良好に現像されたパターンが現れた。このようなパターンでは、130nmのピッチを有するライン-アンド-スペース(1:1)レジストパターンがSEMを用いて観察され、良好な長方形の良好なパターン形状を有することが見出された。 After exposure, each wafer was subjected to the development process used for the first method. In this development process, the topcoat layer was completely removed, and a well-developed pattern appeared on the resist film. In such a pattern, a line-and-space (1: 1) resist pattern with a pitch of 130 nm was observed using SEM and found to have a good pattern shape of a good rectangle.
P30a−c及びP31の組成物の液浸露光評価
実施例P30a−c及びP31のポリマーを使用し、以下の表Tに従い、現像型ポリマー組成物を調製した:
8インチのシリコンウエハーに、有機反射防止コーティング物質(Brewer Science、製品ARC-29A)を塗布し、205℃で60秒焼成し、77nmのフィルムを得た。ウエハー及びフィルムを基板として使用した。スピナーを使用して、この基板に、各ポリマー組成物を均一に塗布し、ホットプレートで110℃で90秒予備焼成し、乾燥させ、約130nmの厚みを有する現像型ポリマー層を形成した。 An organic antireflective coating material (Brewer Science, product ARC-29A) was applied to an 8-inch silicon wafer and baked at 205 ° C. for 60 seconds to obtain a 77 nm film. Wafers and films were used as substrates. Each polymer composition was uniformly applied to the substrate using a spinner, pre-baked at 110 ° C. for 90 seconds on a hot plate, and dried to form a developing polymer layer having a thickness of about 130 nm.
次に、液浸露光のためにLEIES 193-1二光束干渉計(Nikon社製)を使用し、プリズム、水及び2つの193nm干渉計を使用し、浸漬二光束干渉計露光を実施した。この方法は、Journal of Vacuum Science & Technology B(US)(19:6 2001, p. 2353-2356)に報告されており、ライン-アンド-スペース(L&S)パターンを得るために、研究室において有用な方法として公に知られている。 Next, an immersion two-beam interferometer exposure was performed using a LEIES 193-1 two-beam interferometer (manufactured by Nikon) for immersion exposure, using a prism, water, and two 193 nm interferometers. This method is reported in Journal of Vacuum Science & Technology B (US) (19: 6 2001, p. 2353-2356) and is useful in laboratories to obtain line-and-space (L & S) patterns. It is publicly known as a method.
ついで、基板を、100℃で90秒の露光後焼成(PEB)にかけ、23℃で2.38重量%の水性水酸化トリメチルアンモニウム(TMAH)に、60秒、パドル現像を施した後、続いて30秒、純水でリンスし、その後、スピン乾燥させて、レジストパターンで1:1を得た(以下の「L/Sパターン」)。 The substrate was then subjected to post exposure bake (PEB) at 100 ° C. for 90 seconds, followed by paddle development for 60 seconds at 2.38 wt% aqueous trimethylammonium hydroxide (TMAH) at 23 ° C., followed by After rinsing with pure water for 30 seconds, spin drying was performed to obtain 1: 1 as a resist pattern (the following “L / S pattern”).
走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、各サンプルのL/Sパターンを観察した場合、65nmのライン-アンド-スペースで1:1のレジストパターンが生じた。更に、レジストパターンの形態に関し、ラインには、何の波形も示されず、またラフネスも殆どなかった。 When the L / S pattern of each sample was observed using a scanning electron microscope (SEM), a 1: 1 resist pattern was generated at 65 nm line-and-space. Furthermore, regarding the form of the resist pattern, the line showed no waveform and almost no roughness.
比較例
上述の液浸露光評価の一部として、実施例P30a−cのポリマーから製造された組成物を使用して形成されたパターンを、実施例P31のポリマーを使用して形成された代替組成物のパターンと比較した。
Comparative Example As part of the immersion exposure evaluation described above, a pattern formed using the composition made from the polymer of Example P30a-c was replaced with an alternative composition formed using the polymer of Example P31. Compared to the pattern of objects.
同じ露光法により代替組成物を使用して得られたL/Sパターンを、SEMを使用して観察した場合、65nmのライン-アンド-スペースが1:1のレジストパターンに形成された。しかしながら、レジストパターンの形態には、ラインに顕著なムラとかなりのラフネスがあった。 When an L / S pattern obtained using the alternative composition by the same exposure method was observed using SEM, a 65 nm line-and-space was formed in a 1: 1 resist pattern. However, the resist pattern form had noticeable unevenness and considerable roughness on the line.
アルコールに対するフィルム耐性
これまでに記載した方法により、実施例30b及び30cのポリマー組成物を用いて2つのウエハーをコーティングし、各フィルムの厚みを測定した。次に、基板の温度を室温まで低下させた後、イソブタノールをノズルから滴下し、レジストフィルムの厚みを再度測定し、その後ロータリー乾燥機に配した。実施例2のレジストの場合における損失は12.7nmであり、実施例3の場合は9.2nmであった。
Film Resistance to Alcohol Two wafers were coated with the polymer compositions of Examples 30b and 30c by the method described so far and the thickness of each film was measured. Next, after the temperature of the substrate was lowered to room temperature, isobutanol was dropped from the nozzle, the thickness of the resist film was measured again, and then placed in a rotary dryer. The loss in the case of the resist of Example 2 was 12.7 nm, and in the case of Example 3, it was 9.2 nm.
しかしながら、同じアルコール耐性テストを、代替組成物でコーティングされたウエハーで実施すると、20.2nmの損失が観察された。 However, when the same alcohol tolerance test was performed on wafers coated with the alternative composition, a loss of 20.2 nm was observed.
他のアルコール、例えば4-メチル-2-ペンタノールでも、同様の結果が生じることが予期される。 Similar results are expected with other alcohols such as 4-methyl-2-pentanol.
上述の結果から明らかなように、実施例30a−cのポリマーを使用して製造したポリマー組成物により、液浸露光の結果として、高解像度のレジストパターンが付与されたフィルムが生じた。更に良好な結果が得られ、アルコール耐性試験において、フィルムの損失は殆どなかった。更に、アルコール溶媒を使用してポリマー組成物からトップコートフィルムが形成された場合、混合層が、レジスト層とトップコートフィルム層との間に形成されない点で良好な結果が得られた。 As is apparent from the above results, the polymer composition produced using the polymer of Example 30a-c resulted in a film provided with a high resolution resist pattern as a result of immersion exposure. Even better results were obtained with little film loss in the alcohol resistance test. Furthermore, when a topcoat film was formed from the polymer composition using an alcohol solvent, good results were obtained in that no mixed layer was formed between the resist layer and the topcoat film layer.
これに対して、代替組成物の液浸露光によって得られたパターンは良好でなく、アルコール耐性試験ではフィルムのかなりの損失が生じた。 In contrast, the pattern obtained by immersion exposure of the alternative composition was not good, and the alcohol resistance test resulted in considerable loss of the film.
更に、実施例P30a−cのポリマーを使用した組成物から形成されたフィルムには、それぞれ高い撥水性がある、すなわち高い疎水性を有することが見出され、保護フィルムを使用することなく、上述したような液浸リソグラフィ用のフォトレジストとして使用した場合に、レジストフィルムから浸漬液体(例えば水)が殆ど溶解しない点で良好な結果が得られた。 Furthermore, the films formed from the compositions using the polymers of Example P30a-c are each found to have high water repellency, i.e. high hydrophobicity, without the use of a protective film. When used as a photoresist for immersion lithography, good results were obtained in that the immersion liquid (for example, water) was hardly dissolved from the resist film.
実施例、データ及びその検討により、またそれらを通して、トップコートポリマー、このようなポリマーを使用して形成されるトップコート(保護フィルム形成)物質、それにより形成されるトップコート層、及びこのような層を使用するプロセスの実施態様が、以前より公知の物質で見出されている上述したような課題に対する解決法を提供するものであることが分かる。このようなトップコート物質及びそれにより形成される層により、アルカリ溶解性、浸漬液体に対する耐性、フォトレジスト層成分に対する又はそれとの低い溶解性、このようなフォトレジスト層からの及び/又はフォトレジスト層への滲出に対する良好な保護性、ガス障壁層としての良好な保護性、及び低い光学密度が提供される。更に、トップコート物質及びそれにより形成される層では、液浸リソグラフィプロセスの間に、このようなトップコート層が使用されていないプロセスと比較して、スキャン能力に優れ、欠陥が低減している。更に前記層は、このような性能に望ましいと考えられている高い接触角及び後退角及び低い転落角を示している。また、ここで提供される実施例は、限定するものではなく、むしろポリマー設計のプロセスを介して得られうるものの例示であることが分かる。例えば、TFSNB及びNBXOH(97:3)の非自己現像型ポリマーのフィルムは、CAが70°であり、SAが22°であり、溶解速度(DR)が1710nm/秒であり、耐水性が−2%であった。実施例TC5a−fに開示された非自己現像型と同様、このポリマーも、このような実施例に記載されている湿潤及び乾燥露光現像試験の双方の後に、有利な結果を示した。 Examples, data and discussion thereof, and through them, topcoat polymers, topcoat (protective film forming) materials formed using such polymers, topcoat layers formed thereby, and such It can be seen that the embodiment of the process using layers provides a solution to the above-mentioned problems found in previously known materials. Such topcoat materials and the layers formed thereby allow alkali solubility, resistance to immersion liquid, low solubility to or with photoresist layer components, from and / or photoresist layers of such photoresist layers. Provides good protection against oozing, good protection as a gas barrier layer, and low optical density. Furthermore, the topcoat material and the layers formed thereby have better scanning capabilities and reduced defects during the immersion lithography process compared to processes where no such topcoat layer is used. . Furthermore, the layers exhibit high contact and receding angles and low tumbling angles that are considered desirable for such performance. It will also be appreciated that the examples provided herein are illustrative rather than limiting and may be obtained through the polymer design process. For example, a non-self-developing polymer film of TFSNB and NBXOH (97: 3) has a CA of 70 °, an SA of 22 °, a dissolution rate (DR) of 1710 nm / sec, and a water resistance of − 2%. Similar to the non-self-developed version disclosed in Example TC5a-f, this polymer also showed advantageous results after both wet and dry exposure development tests described in such examples.
更に、このようなデータ及びその検討は、現像型ポリマー、このようなポリマーにより形成される現像物質(フォトレジスト)、それにより形成される現像層(フォトレジスト層又はフィルム)、及びこのような層を使用するプロセスの実施態様が、上述した問題に対する解決法を提供可能であり、又はこれらを上述したトップコート物質及び層と共に、このような解決法を提供するために利用することができることを実証している。このようなフォトレジスト物質及びそれから形成されるフィルムは、浸漬流体に対して良好な耐性を示し、液浸リソグラフィプロセス中、上述したトップコート実施態様と殆ど又は全く相互作用せず、またそれらは、代替フォトレジスト物質が使用されるプロセスと比較して、スキャン能力に優れ、欠陥が低減していることも示されている。更に前記層は、このような性能に所望されていると考えられている、高い接触角及び後退角、低い転落角を示している。 In addition, such data and discussion thereof includes developing polymers, developing materials formed by such polymers (photoresists), developing layers formed thereby (photoresist layers or films), and such layers. It has been demonstrated that embodiments of processes that use can provide solutions to the problems described above, or can be utilized with these topcoat materials and layers to provide such solutions. is doing. Such photoresist materials and films formed therefrom exhibit good resistance to immersion fluids and have little or no interaction with the topcoat embodiments described above during the immersion lithography process, and It has also been shown that the scanning capability is superior and defects are reduced compared to processes where alternative photoresist materials are used. In addition, the layers exhibit high contact and receding angles and low tumbling angles that are considered desirable for such performance.
本発明を様々な実施態様及び実施例の記述に関して説明したが、それを変更することは、この明細書を読んだ当業者にとっては明らかであることが分かるはずである。よって、あらゆるこのような変更が、本発明の実施態様の範囲及び要旨に入り、添付の特許請求の範囲に入ることが理解される。 Although the invention has been described with reference to various embodiments and examples, it should be understood that variations thereof will be apparent to those skilled in the art upon reading this specification. Accordingly, it is understood that any such modifications fall within the scope and spirit of the embodiments of the invention and fall within the scope of the appended claims.
Claims (71)
で表される第一ノルボルネン型反復単位を含む非自己現像型ポリマー。 A non-self-developing polymer consisting of norbornene-type repeating units having the formula I:
A non-self-developed polymer comprising a first norbornene-type repeating unit represented by
で表される第二のタイプのノルボルネン型反復単位を更に含む、請求項1に記載の非自己現像型ポリマー。 Formula II:
The non-self-developing polymer according to claim 1, further comprising a second type of norbornene-type repeating unit represented by:
のA、B又はC基の一つである]
で表される第三のタイプのノルボルネン型反復単位を更に含む、請求項1又は2に記載の非自己現像型ポリマー。 Formula III:
Is one of the A, B or C groups of
The non-self-developing polymer according to claim 1, further comprising a third type of norbornene-type repeating unit represented by:
のD、E又はF基の一つである]
で表される第四のタイプのノルボルネン型反復単位を更に含む、請求項1又は2に記載の非自己現像型ポリマー。 Formula IV:
One of the D, E or F groups of
The non-self-developing polymer according to claim 1 or 2, further comprising a fourth type of norbornene-type repeating unit represented by:
で表される第一ノルボルネン型モノマーを反応容器に投入し;
第一モノマーとは構造的に異なる一又は複数種の他のノルボルネン型モノマーを任意に反応容器に投入し;
適切な溶媒、触媒及び任意の共触媒を反応容器に更に投入し;
反応容器の内容物に攪拌を施して、上記第一モノマー、任意の他のモノマー、触媒、任意の共触媒を溶媒に溶解させ;
内容物に、その中に存在する第一モノマーと任意の他のモノマーを重合させるのに十分な時間、熱と連続した撹拌を付与する;
ことを含んでなる、ノルボルネン型反復単位からなる非自己現像型ポリマーの製造方法。 Formula IA:
A first norbornene-type monomer represented by:
Optionally charging one or more other norbornene-type monomers structurally different from the first monomer into the reaction vessel;
Add further appropriate solvent, catalyst and optional cocatalyst to the reaction vessel;
Stirring the contents of the reaction vessel to dissolve the first monomer, any other monomer, catalyst, and optional cocatalyst in a solvent;
Imparting heat and continuous stirring to the contents for a time sufficient to polymerize the first monomer present therein and any other monomers;
A process for producing a non-self-developing polymer comprising norbornene-type repeating units.
で表されるノルボルネン型モノマーを反応容器に投入することを含んでなる、請求項20に記載の方法。 Optional charging to the reaction vessel is of formula IIA:
21. The method according to claim 20, comprising charging a norbornene type monomer represented by the formula:
で表されるノルボルネン型モノマー、及び式IIIA:
のA、B又はC基の一つである];及び/又は式IVA:
のD、E又はF基の一つである]
で表される一又は複数のノルボルネン型モノマーを反応容器に投入することを含む、請求項20に記載の方法。 Optional charging to the reaction vessel is of formula IIA:
And a norbornene-type monomer represented by formula IIIA:
One of the A, B or C groups]; and / or the formula IVA:
One of the D, E or F groups of
21. The method according to claim 20, comprising charging one or a plurality of norbornene-type monomers represented by:
ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、塩化エチル、テトラヒドロフラン、酢酸エチル及びそれらの混合物の群から選択される溶媒;
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・ジエチルエーテル錯体(LiFABA)及びN-ジメチルアニリン・テトラキス-(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(DANFABA)から選択される任意の共触媒;
ビス(トリイソプロピルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(Pd1206)及びビス(トリシクロヘキシル-t-ブチルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(Pd1394)から選択される触媒
の反応容器への投入を含む、請求項20、21、22又は23の何れか一項に記載の方法。 Further charging into the reaction vessel
A solvent selected from the group of benzene, toluene, xylene, hexane, heptane, cyclohexane, dichloromethane, ethyl chloride, tetrahydrofuran, ethyl acetate and mixtures thereof;
Any cocatalyst selected from tetrakis (pentafluorophenyl) borate lithium-diethyl ether complex (LiFABA) and N-dimethylaniline-tetrakis- (pentafluorophenyl) borate (DANFABA);
Bis (triisopropylphosphine) acetic acid palladium-acetonitrile complex tetrakis (pentafluorophenyl) borate (Pd1206) and bis (tricyclohexyl-t-butylphosphine) acetic acid palladium-acetonitrile complex tetrakis (pentafluorophenyl) borate 24. A process according to any one of claims 20, 21, 22 or 23 comprising charging a catalyst selected from (Pd1394) into a reaction vessel.
のA、B又はC基の一つである]
で表される、請求項25に記載のトップコート組成物。 At least one of the repeating units is of formula I:
Is one of the A, B or C groups of
The topcoat composition according to claim 25, represented by:
のD、E又はF基の一つである]
で表されるタイプの反復単位から選択される、請求項27に記載のトップコート組成物。 One or more types of repeating units that provide hydrophobicity control to the polymer are represented by Formula II:
One of the D, E or F groups of
28. A topcoat composition according to claim 27, selected from repeating units of the type represented by:
で表される第一ノルボルネン型反復単位;
式V:
で表される第二ノルボルネン型反復単位;
式VI:
の一つで表される基である]
で表される第三のノルボルネン型の反復単位;
を含むポリマー。 A developable polymer composed of norbornene-type repeating units having the formula I:
A first norbornene-type repeating unit represented by:
Formula V:
A second norbornene-type repeating unit represented by:
Formula VI:
Is a group represented by one of
A third norbornene-type repeating unit represented by:
A polymer comprising
で表される、第四のタイプの反復単位を更に含む、請求項30に記載の現像型ポリマー。 The following formula V (acid):
31. The developable polymer of claim 30, further comprising a fourth type of repeating unit represented by:
で表される反復単位と置き換えられている、請求項35に記載の現像型ポリマー。 Some or all of the repeating units of formula I may have the following formula VII:
36. The developable polymer of claim 35, wherein the developable polymer is replaced with a repeating unit represented by:
で表される第一のノルボルネン型モノマーと;
式VA:
で表される第二のノルボルネン型の反復単位;
式VIA:
で表される基である]
で表される第三のノルボルネン型の反復単位;
を反応容器に投入し;
適切な溶媒、触媒及び任意の共触媒を反応容器に更に投入し;
反応容器の内容物に攪拌を施して、第一のモノマー、任意の他のモノマー、触媒、任意の共触媒を溶媒に溶解させ;
内容物に、その中のモノマーを重合させるのに十分な時間、熱と連続した攪拌を付与する;
ことを含んでなる、ノルボルネン型反復単位からなる現像型ポリマーの製造方法。 Formula IA:
A first norbornene-type monomer represented by:
Formula VA:
A second norbornene-type repeating unit represented by:
Formula VIA:
Is a group represented by
A third norbornene-type repeating unit represented by:
Into the reaction vessel;
Add further appropriate solvent, catalyst and optional cocatalyst to the reaction vessel;
Stirring the contents of the reaction vessel to dissolve the first monomer, any other monomer, catalyst, and optional cocatalyst in a solvent;
Imparting heat and continuous stirring to the contents for a time sufficient to polymerize the monomers therein;
A process for producing a developable polymer comprising norbornene-type repeating units.
ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、塩化エチル、テトラヒドロフラン、酢酸エチル及びそれらの混合物の群から選択される溶媒;
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・ジエチルエーテル錯体(LiFABA)及びN-ジメチルアニリン・テトラキス-(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(DANFABA)から選択される任意の共触媒;
ビス(トリイソプロピルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(Pd1206)及びビス(トリシクロヘキシル-t-ブチルホスフィン)酢酸パラジウム-アセトニトリル錯体・テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩(Pd1394)から選択される触媒
の反応容器への投入を含む、請求項48に記載の方法。 Further charging into the reaction vessel
A solvent selected from the group of benzene, toluene, xylene, hexane, heptane, cyclohexane, dichloromethane, ethyl chloride, tetrahydrofuran, ethyl acetate and mixtures thereof;
Any cocatalyst selected from tetrakis (pentafluorophenyl) borate lithium-diethyl ether complex (LiFABA) and N-dimethylaniline-tetrakis- (pentafluorophenyl) borate (DANFABA);
Bis (triisopropylphosphine) acetic acid palladium-acetonitrile complex tetrakis (pentafluorophenyl) borate (Pd1206) and bis (tricyclohexyl-t-butylphosphine) acetic acid palladium-acetonitrile complex tetrakis (pentafluorophenyl) borate 49. The method of claim 48, comprising charging a catalyst selected from (Pd1394) into a reaction vessel.
により表され、該反復単位の少なくとももう一つのタイプが酸不安定なペンダント基を有するものである現像型ポリマーと、溶媒と、光酸発生剤を含有する現像型組成物。 It consists of one or more types of norbornene-type repeating units, wherein at least one type of repeating units is of formula I:
A developing composition comprising a developing polymer in which at least another type of the repeating unit has an acid labile pendant group, a solvent, and a photoacid generator.
で表される第二のノルボルネン型反復単位を更に含む、請求項51に記載の現像型組成物。 One or more types of norbornene-type repeating units are represented by the formula V:
The developing composition of claim 51, further comprising a second norbornene-type repeating unit represented by:
の一つで表される基である]
で表される、請求項51又は52に記載の現像型組成物。 A repeating unit of the type having an acid labile pendant group is of formula VI:
Is a group represented by one of
53. The developing composition according to claim 51 or 52, represented by:
のD、E又はF基の一つである]
で表されるタイプの反復単位から選択される、請求項54に記載の現像型組成物。 The repeating unit type for controlling the hydrophobicity of the polymer is represented by the following formula II:
One of the D, E or F groups of
55. The developable composition of claim 54, selected from repeating units of the type represented by:
第二に、請求項25から31の何れか一項に記載のトップコート組成物を基板上に塗布して、フォトレジスト層を覆う保護層を形成し;
保護層の少なくとも一部に浸漬流体を提供する液浸リソグラフィ露光ツールを使用して、保護層を通してフォトレジスト層を像様露光させ;
アルカリ現像水溶液でフォトレジスト層にパターンを現像し、該溶液が現像中に保護層を除去する;
ことを含んでなる、液浸リソグラフィ法。 First, a photoresist composition is applied onto a substrate to form the photoresist layer;
Second, the topcoat composition according to any one of claims 25 to 31 is applied on a substrate to form a protective layer covering the photoresist layer;
Imagewise exposing the photoresist layer through the protective layer using an immersion lithography exposure tool that provides immersion fluid to at least a portion of the protective layer;
Developing the pattern in the photoresist layer with an aqueous alkaline developer solution, the solution removing the protective layer during development;
An immersion lithography method comprising:
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